Design of plasmonic gold nanoantennas and their evaluation for photothermal therapy

Abstract

"Anisotropic gold nanoparticles (AuNPs) are known as promising tools for localized photo-thermal therapy (PTT) of malignant cells. These anisotropic AuNPs present tunable surface plasmon resonances (SPR) with ideal NIR optical response to be applied as theranostic agents (nanoantennas systems). To this purpose, nanoparticles with branches are suitable because of the electromagnetic field concentrated at their vertices. In this work, we standardized a protocol to synthesize multibranched gold nanoparticles (MB-AuNPs) by the seed-growth method, and found size-seed dependence tunability on the hierarchy of branching. The optical response of MB-AuNPs was evaluated by UV-Vis spectroscopy, and their morphology by electronic microscopy (SEM and HRTEM). Once evaluated the optical response and monodispersity of AuNPs, we tested the MB-AuNPs immersed in skin-equivalent phantoms by dynamic infrared thermography (DIRT).1 The particle density of the synthesized colloids, has being determined by inducted coupled plasma spectrometry (ICP). Once a nano-synthesized system is being intended for biological purposes, it is necessary to carefully design the surface layer. In principle, the molecules at the surface of nanoparticles (NPs) will provide the signals to its long-term circulation, their biocompatibility and the selectivity to target cellular sites. Therefore, in this work and for intended medical applications of MB-AuNPs, a conjugated complex was prepared with bovine serum albumin (MB-AuNPs@BSA). The optical signals of the conjugate formation were evaluated by UV-Vis and fluorescence spectroscopy. The interaction of the protein with the surface of the MB-AuNPs was analyzed by Raman spectroscopy, to ensure the structure and function preservation of the protein. The full formation of a protein corona was determined by protein quantification in a microplates reader and later observed by HRTEM. The efficiency and stability of the conjugated was analyzed by Z-potential and through the interaction of the conjugated complex with cibacron blue. Toxicological test of bare MB-AuNPs and MB-AuNPs@BSA were performed in different cell lines. The models in-vitro were chosen according to main systems of indirect interaction of intravenously administered NPs. Cell viability and proliferation, mitochondrial activity and membrane integrity were analyzed."

"Las nanopartículas de oro (AuNPs) anisotrópicas han destacado como materiales con propiedades prometedoras para ser aplicados en la terapia fototérmica localizada (PTT) de células malignas. Las AuNPs anisotrópicas tienen la facilidad de modular la respuesta de la resonancia del plasmón superficial (SPR), siendo esto una respuesta óptica clave para su aplicación como agentes teranósticos (nanoantenas). Para este propósito, las nanopartículas con ramificaciones son un modelo ideal, debido a la concentración de campo electromagnético en sus vértices. En este trabajo, estandarizamos el protocolo de síntesis de nanopartículas de oro multirramificadas (MB-AuNPs) mediante el método de dos pasos (semilla – crecimiento). La respuesta óptica de las MB-AuNPs fue evaluada por espectroscopia UV-Vis y su morfología por microscopía electrónica de barrido y transmisión (SEM y TEM) Una vez evaluado su respuesta óptica y la monodispersidad del coloide, las MB-AuNPs fueron evaluadas por termografía dinámica (DIRT) en un matriz modelo de las propiedades de la piel.1 La densidad de partículas presentes en el coloide sintetizado, fue determinado mediante espectroscopia de plasma inducido (ICP). Cuando se pretende aplicar un sistema nanoestructurado en áreas biológicas, es necesario el diseño cuidadoso de la cobertura, ya que las moléculas en su superficie van a proporcionar las señales que determinen su tiempo de circulación por la sangre, su biocompatibilidad y la selectividad al sitio objetivo para administrar la terapia. Debido a esto, y con la intención de diseñar MB-AuNPs para aplicaciones médicas, se diseñó un conjugado con albúmina sérica bovina (MB-AuNPs@BSA). La evaluación mas básica de la formación del conjugado se realizó por espectroscopias UV-Vis y de fluorescencia. La interacción de la proteína con la superficie de la MB-AuNPs fue analizada por espectroscopia Raman, y así se determinó la permanencia de su estructura básica y por lo tanto de su función. La formación de una corona proteica fue determinada mediante la cuantificación de proteína por UV-Vis y micrografías HRTEM del conjugado. La eficiencia y estabilidad del conjugado fue analizada por medición del potencial Z y a través de la interacción del complejo con cibacron blue. Finalmente, se llevaron a cabo análisis toxicológicos de las MB-AuNPs y del conjugado en diferentes líneas celulares. Los modelos in-vitro elegidos forman parte de los principales sistemas con los pueden interactuar las nanopartículas de forma inintencionada después de ser administradas vía intravenosa. Se evaluó la viabilidad celular y la proliferación por conteo con hematímetro, así como la actividad mitocondrial y la integridad de la membrana plasmática por métodos colorimétricos."