Synthetiseren van groen gouden nanodeeltjes voor kankertherapie met biomoleculen

Wetenschappers van het Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) hebben een milieuvriendelijk protocol ontworpen voor het synthetiseren van gouden nanodeeltjes met geoptimaliseerde morfologie voor absorptie van nabij-infrarood licht met behulp van een biomolecuul genaamd B3-peptide. In hun paper rapporteren ze de synthese van driehoekige en circulaire gouden nanoplaten en hun effectiviteit bij het doden van kankercellen door het geabsorbeerde licht om te zetten in warmte, wat nuttige inzichten oplevert voor de ontwikkeling van niet-invasieve kankertherapie.

Bij kankertherapie wordt de effectiviteit van een aanpak bepaald door het vermogen om de niet-kankercellen te behouden. Simpel gezegd, hoe hoger de nevenschade, hoe groter de bijwerkingen van een therapie. Een ideale situatie is waar alleen de kankercellen kunnen worden gericht en vernietigd. In dit opzicht is fotothermische therapie – een benadering waarbij kankercellen doordrenkt met gouden nanodeeltjes kunnen worden verwarmd en vernietigd met behulp van nabij-infrarood (NIR) licht dat sterk wordt geabsorbeerd door de gouden nanodeeltjes – als een veelbelovende strategie naar voren gekomen vanwege de minimale invasieve aard.

“Omdat NIR-licht biologische weefsels kan binnendringen, kan het de gouden nanodeeltjes in het lichaam verlichten en ze veranderen in celverwarmers van nanoformaat”, legt prof. Masayoshi Tanaka van het Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), Japan, uit. doet onderzoek naar nanomaterialen voor biomedische toepassingen.

Met name gouden nanoplaten (AuNPls) zijn buitengewoon aantrekkelijk als fotothermische therapeutische middelen vanwege hun efficiënte absorptie van NIR-licht. Het synthetiseren van deze nanodeeltjes vereist echter agressieve reagentia en zeer giftige omstandigheden, waardoor het proces gevaarlijk is. In een nieuwe studie hebben prof. Tanaka en zijn medewerkers van het VK (University of Leeds) en Korea (Chung-Ang University) dit probleem nu aangepakt door een veiliger en milieuvriendelijker protocol voor AuNPl-synthese te ontwikkelen, waarvan de resultaten zijn gepubliceerd in ACTA Biomaterialia.

Het team nam de hint van een proces genaamd “biomineralisatie” dat biomoleculen gebruikt om metalen nanodeeltjes met afstembare structuren te genereren. “Peptiden, of korte ketens van aminozuren, zijn bijzonder aantrekkelijke kandidaten voor dit doel vanwege hun relatief kleine omvang en stabiliteit. Het gebruik ervan voor het produceren van Au-nanodeeltjes met geoptimaliseerde structuren voor efficiënte NIR-absorptie is echter nog niet gerapporteerd”, zegt prof. Tanaka.

Gemotiveerd begon het team met het identificeren van peptiden die geschikt zijn voor de mineralisatie van AuNPls en, na het kiezen van meer dan 100 peptiden, besloot het om het potentieel te onderzoeken van een peptide genaamd B3 voor het synthetiseren van AuNPls met een controleerbare structuur die kan dienen als fotothermische conversiemiddelen.

In een proces dat “one-pot-synthese” wordt genoemd, mengde het team een ​​goudzout, HAuCl4, samen met B3-peptide en zijn derivaten in verschillende concentraties in een bufferoplossing (een waterige oplossing die bestand is tegen veranderingen in pH) bij neutrale pH en synthetiseerde driehoekige en cirkelvormige AuNPls met verschillende niveaus van NIR-absorptie op basis van de peptideconcentratie.

Het team testte vervolgens het effect van de AuNPls op gekweekte kankercellen onder bestraalde omstandigheden en ontdekte dat ze de gewenste therapeutische effecten vertoonden. Bovendien ontdekten ze bij het karakteriseren van het peptide met behulp van B3-derivaten dat een aminozuur genaamd histidine de structuur van de AuNPls beheerst.

“Deze bevindingen bieden niet alleen een gemakkelijke en groene synthetische methode voor AuNPls, maar ook inzicht in de regulatie van op peptiden gebaseerde synthese van nanodeeltjes”, zegt prof. Tanaka opgewonden. “Dit zou deuren kunnen openen naar nieuwe technieken voor niet-toxische synthese van therapeutische middelen voor nanodeeltjes.”

Inderdaad, we hebben misschien goud geslagen met gouden nanodeeltjes!