Applications biomédicales pour les nanoclusters d'or :développements récents et perspectives d'avenir

Contexte

Des applications biomédicales récentes ont révélé le rôle important des nanomatériaux dans les développements des nanosciences et des nanotechnologies [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]. En comparaison avec les matériaux en vrac, les nanomatériaux ont montré des propriétés physiques et chimiques uniques, ce qui en fait des blocs de construction prometteurs [11,12,13,14,15,16,17,18]. Parmi les différents nanomatériaux, un type spécifique de nanomatériaux d'or, les nanoclusters d'or (AuNC), avec des tailles allant jusqu'à des centaines d'atomes d'or ont été largement étudiés dans des applications biomédicales en raison de leur structure bien définie, de la modification de surface facile et de la propriété optique très stable. [19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34]. Sans résonance plasmonique de surface distincte, les AuNC ont montré une fluorescence dans la large région du visible au proche infrarouge avec une longue durée de vie et un grand décalage de Stokes [35,36,37]. De grands efforts ont été faits pour l'utilisation des AuNC comme sondes fluorescentes dans des applications biomédicales pour les domaines de l'imagerie, de la détection et de la thérapie [38,39,40]. En comparaison avec les fluorophores organiques et les points quantiques, les AuNC fluorescents ont montré une compatibilité élevée, une photostabilisation supérieure et une excellente solubilité dans l'eau pour l'imagerie à long terme, la détection à haute sensibilité et le traitement spécifique à la cible [41,42,43,44,45, 46,47,48,49]. Les développements intensifs des AuNC en tant que sondes fluorescentes ont eu des impacts significatifs dans les applications de l'imagerie, de la détection et de la thérapie.

Les développements importants des AuNC dans les applications biomédicales ont été réalisés ces dernières années. Plusieurs articles de synthèse exceptionnels sur les AuNC du point de vue des applications analytiques se sont concentrés sur les analyses de médicaments, de contaminants environnementaux et d'échantillons biologiques [50,51,52,53]. Dans cette revue, nous avons mis l'accent sur les avancées récentes pour les utilisations des AuNC conjuguées à trois types de ligands, notamment les petites molécules, les polymères et les biomacromolécules dans les applications d'imagerie, de détection et de thérapie. Les défis pertinents et les perspectives futures des AuNC pour les recherches fondamentales et les applications biomédicales ont également été fournis dans les « Conclusions ».

Petites AuNC conjuguées à des molécules

Les petites molécules ont été largement utilisées comme ligands pour préparer les AuNC. Avec les conjugaisons de petites molécules sur les surfaces, les AuNC ont présenté différentes fonctions pour l'imagerie et la détection. Par exemple, la d-pénicillamine conjuguée à des nanoclusters d'or (DPA-AuNCs) possède d'assez bonnes caractéristiques telles qu'une petite taille, une stabilité colloïdale élevée et une luminosité qui leur confère une perspective immense en tant que sondes fluorescentes et peut donc être utilisée pour l'imagerie biologique. Les cellules cancéreuses humaines (HeLa) ont été imagées par internalisation de DPA-AuNCs. Ensuite, après 2 h d'incubation de cellules cancéreuses avec des DPA-AuNCs, un microscope confocal a été utilisé pour imager les cellules avec une technique d'excitation à deux photons [54]. Le colorant membranaire DiD a été utilisé comme référence, et les intensités d'émission des deux DPA-AuNCs et colorant DiD ont été collectées dans les couleurs verte et rouge, respectivement. La luminescence brillante émise par les cellules HeLa en raison de l'ingestion de nanoparticules est illustrée sur la figure 1a. De plus, pour la reconstruction 3D, différentes images à différentes positions z ont été prises, comme le montre la figure 1b [55].

un Image de cellules HeLa après incubation avec des DPA-AuNCs pendant 2 h par microscopie confocale. b Image 3D affichant des DPA-AuNC internalisés en coupe transversale [55]. Les couleurs des DPA-AuNC et du colorant membranaire DiD sont respectivement représentées en vert et en rouge

L'acide dihydrolipoïque (DHLA)-AuNCs a été internalisé dans des cellules HeLa pour étudier pour la première fois l'application d'imagerie par fluorescence à vie (FLIM). Les cellules Hela sans DHLA-AuNCs ont montré une auto-fluorescence avec une durée de vie comprise entre 1,5 et 4 ns. Les images d'intensité et de durée de vie des cellules Hela sont illustrées à la Fig. 2a, b. Mais après avoir exposé des cellules Hela à DHLA-AuNCs pendant 1 h, les cellules présentaient une émittance luminescente marquée qui présentait une longue durée de vie de fluorescence de 500 à 800 ns. L'intensité et les images FLIM des cellules Hela avec DHLA-AuNCs sont montrées dans la Fig. 2c, d [56].

Intensité (a , c ) et FLIM (b , d ) images de cellules Hela uniquement (a , b ) et des cellules Hela incubées avec DHLA-AuNCs pendant 1 h (c , d ). Toutes les barres d'échelle mesurent 10 μm [56]

Wang et al. ont constaté que lorsque des lignées cellulaires cancéreuses telles que HepG2 (lignée cellulaire d'hépatocarcinome humain), K562 (lignée cellulaire leucémique) étaient incubées avec des solutions d'acide chloroaurique (une espèce moléculaire Au(III) biocompatible) à des concentrations micromolaires, et que les AuNC étaient spontanément biosynthétisées par ces cellules lignes [57]. Mais le phénomène ne s'est pas produit dans la lignée cellulaire non cancéreuse, L02 (cellules hépatiques embryonnaires humaines) qui ont été utilisées comme témoins. En conséquence, la méthode mentionnée ci-dessus peut être considérée comme une nouvelle méthode d'auto-bio-imagerie in vivo de tumeurs. Un autre nanoclusters d'or stabilisé à la trypsine (try-AuNCs) possédant une fluorescence proche infrarouge a été synthétisé par Liu et al. à double usage ; l'une des applications comprend la biodétection de l'héparine qui repose sur le transfert d'énergie amélioré par plasmons de surface (SPEET) et une autre comprend les try-AuNC modifiés par l'acide folique (FA) pour l'imagerie par fluorescence du cancer in vivo (Fig. 3). Le mode SPEET et l'imagerie du cancer in vivo avec une capacité de ciblage élevée que possèdent les try-AuNC ont montré un immense potentiel en tant que biomatériaux multifonctionnels pour la biodétection de biomolécules [58].

Try-AuNCs fluorescents dans le proche infrarouge en tant que biocapteur de transfert d'énergie amélioré par plasmons de surface et biosonde d'imagerie du cancer in vivo [58]

Les ligands contenant de l'o-quinone sont connus pour former des complexes avec ferrique (Fe ³⁺ ) [59, 60]. Ainsi, les AuNC contenant de la dopaquinone comme ligands ont été développées et évaluées par Ho et al. pour la détection de Fe ³⁺ basé sur un mécanisme de formation d'un complexe entre Fe ³⁺ les ions et la fraction o-quinone de la dopaquinone en solution. Il a été découvert à partir des études qu'un grand complexe se forme avec des dimensions supérieures à 500 nm par agrégation d'AuNCs en présence de Fe ³⁺ ions. Ainsi, les AuNC peuvent être utilisés pour la détection de Fe ³⁺ ions dans l'eau et d'autres liquides [61].

On rapporte que les groupes fonctionnels acides forment un complexe stable avec les ions métalliques et les biothiols; de même, on pense que les nanoclusters d'or conjugués à l'acide 11-mercaptoundécanoïque (MUA-AuNC) détectent le Hg ²⁺ ions dans les solutions et les bithiols qui peuvent être considérés comme l'une des applications de détection des AuNCs [62, 63]. L'intensité de fluorescence des MUA-AuNCs en complexe avec Hg ²⁺ ions est montré dans la Fig. 4 [64]. De plus, le complexe de Hg ²⁺ -thiol a été signalé comme étant plus stable que Hg ²⁺ -Complexe COOH [65]. Par conséquent, un complexe de MUA-AuNCs a été utilisé pour détecter des bithiols qui peuvent être davantage considérés car il s'agit d'une autre application dans la détection d'ions métalliques dans diverses solutions [64].

un Intensité de fluorescence des MUA-AuNC en l'absence de 170 μM Hg ²⁺ . b Agglomération de Hg ²⁺ avec le groupe COOH des MUA-AuNCs en présence de 170 μM Hg ²⁺ . c Intensité de fluorescence après l'ajout de 10 mM de cystéine à l'échantillon en B [64]

Les nanoclusters d'or stabilisé à la vancomycine (Van-AuNCs) ont été conçus et synthétisés par Yu et al. pour la détection de Fe ³⁺ dans l'eau du robinet, l'eau de lac, l'eau de rivière et l'eau de mer comme l'une de ses applications dans l'analyse d'échantillons environnementaux [66]. Des nanoclusters d'or fonctionnalisés au chitosan (AuNCs@Chi) ont été produits et développés pour être utilisés comme matériau de détection du sulfure d'hydrogène (H₂ S) utilisant le mécanisme de transfert d'énergie de résonance de Förster (FRET) [67]. La raison pour laquelle les chercheurs ont détecté H₂ S est que le sulfure d'hydrogène est impliqué dans de nombreux processus biologiques, notamment la vasodilatation [68, 69], l'anti-inflammation [70, 71] et la neurotransmission [72].

Liu et al. a jeté les bases de la synthèse de nanoclusters d'or stabilisé au glutathion (GSH) (GSH-AuNC) ayant une sélectivité élevée, une réponse rapide et une excellente photostabilité qui ont été utilisés pour la détection et la détection de la lysine et de la cystéine (acides aminés) [73] . Ces derniers temps, l'assemblage FRET (Forster Resonance Energy Transfer) a été développé par Yu et al. en utilisant des nanoclusters d'or coiffés de glutathion (AuNCs@GSH). L'assemblage s'est avéré hautement sélectif pour l'acide aminé cystéine qui pourrait être utilisé à l'avenir pour le diagnostic des maladies liées à la cystéine [74]. Les AuNC à matrice protéique riches en cystéine ont été préparées à l'aide d'ions argent(I). La kératine est une protéine structurelle riche en cystéine que l'on trouve en abondance dans les cheveux, la laine, les plumes, etc. Par conséquent, des AuNC à base d'ions d'argent à base de kératine ont été synthétisés et évalués pour leur application de détection de l'ion mercure (Hg ²⁺ ) [75]. Basé sur des nanoclusters de points de carbone et d'or à double émission (C-AuNCs) fonctionnalisés avec du dithiothréitol (DTT), un capteur de fluorescence ratiométrique pour la détection sensible des ions mercure (Hg ²⁺⁾ dans des échantillons d'eau a été récemment rapporté [76]. Les deux applications signalées ci-dessus des AuNC peuvent jouer un rôle très important pour la surveillance de la qualité de l'eau. Des AuNC coiffés de cyclodextrine ont été signalés pour la détection des ions cobalt (Co ²⁺ ) et affiche le Co ²⁺ sélectif et sensible basé sur la fluorescence détection d'ions. L'internalisation cellulaire des AuNCs a également été observée lors de la détection de Co ²⁺ ions [77].

Récemment, les ultrapetites AuNC conjuguées au ligand de surface biocompatible du GSH ont été synthétisées en tant que radiosensibilisateurs métabolisables et efficaces pour la radiothérapie du cancer [78]. Les nanoconstructions ultrapetites de GSH-AuNCs ont révélé des propriétés attrayantes, notamment une forte amélioration de la radiothérapie du noyau Au et une bonne biocompatibilité du revêtement de surface GSH. De plus, les GSH-AuNCs ont été préférentiellement accumulés dans la tumeur via l'amélioration de la perméabilité et de l'effet de rétention, conduisant à une forte amélioration de la radiothérapie du cancer par rapport à celle de nanoparticules d'or beaucoup plus grosses. La radiothérapie améliorée peut être attribuée au fait que les dommages à l'ADN causés par l'effet photoélectrique et la diffusion Compton de l'Au₂₅ nanoclusters. La diminution remarquable du volume et du poids de la tumeur U14 a été obtenue en utilisant les GSH-AuNC comme radiosensibilisateur. De plus, après le traitement, les GSH-AuNCs peuvent être efficacement éliminés par le rein, minimisant ainsi les effets secondaires potentiels dus à l'accumulation d'Au₂₅ nanoclusters dans les modèles animaux.

AuNC conjugués aux polymères

Les polymères sont également apparus comme des ligands importants pour les préparations d'AuNC dans les applications biomédicales. Par exemple, les AuNC ont été préparés en coiffant avec un ligand poly(acide méthacrylique) (PTMP-PMAA) multidenté à terminaison thioéther qui se sont avérés être des candidats hautement photostables et ont été utilisés pour marquer les cellules normales (cellules mononucléées du sang de cordon ; CBMC) et les cellules hématopoïétiques (cellules cancéreuses K562) (Fig. 5) [79]. Il a été révélé à partir des résultats que les cellules cancéreuses ont ingéré ces molécules dans une bien plus grande mesure que les cellules normales [80]. Il a été rapporté [81] que les nanoparticules d'or sont facilement pénétrables dans des cellules plus matures telles que les granulocytes et les lymphocytes qui font partie du système hématopoïétique. De même, les AuNC peuvent également s'appliquer au marquage sélectif, à l'imagerie et à l'administration de médicaments cibles dans le système hématopoïétique et les cancers associés tels que la leucémie myéloïde chronique.

Marquage des cellules normales et cancéreuses avec des AuNC et des points quantiques (QD) [79]

Aldeek et al. ont conçu des nanoclusters d'or fluorescents fonctionnalisés en polyéthylène glycol et en zwitterion en utilisant des ligands bidentés constitués de groupes d'ancrage d'acide lipoïque conjoints à une chaîne courte de poly(éthylène glycol) ou à un groupe zwitterion [82]. Pour déterminer le rôle de ces nanoclusters en biologie, divers tests ont été effectués comme la stabilité pH-dépendante et la stabilité en présence d'excès de sel. L'hypothèse avancée par l'auteur révèle que ces tests sont pertinents pour l'utilisation de ces AuNC comme plates-formes fluorescentes pour l'imagerie et la détection en biologie. Il est en outre décrit dans le rapport que diverses anomalies biologiques sont liées au pH et peuvent donc fournir une indication de la progression de plusieurs maladies telles que les métastases cancéreuses, la fatigue chronique et la dépression [83, 84]. On pense également que ces clusters gèrent le comportement physique des protéines et des acides nucléiques [85, 86, 87]. L'un des avantages supplémentaires de ces clusters est leur utilisation en imagerie in vivo (tissus profonds). Chen et al. ont développé un système polymère amphiphile pH-dépendant contenant des AuNC luminescentes qui se sont avérées photostables et biocompatibles sous forme de nanocomposite pour des activités de diagnostic qui incluent la détection et la thérapie de cellules cancéreuses surexprimant le folate [88]. Les AuNC luminescents ont été retenus avec un copolymère amphiphile (poly(DBAM-co-NASco-HEMA) (PDNH)) pour former un nanocomposite L-nAuNCs/FA-modified PDNH (ou L-AuNCs/FA-PDNH). De plus, le paclitaxel, un médicament hydrophobe, a été assemblé avec des L-AuNC/FA-PDNH et peut donc être utilisé à la fois pour l'imagerie et le traitement du cancer (Fig. 6).

Fabrication de nanocomposite L-AuNCs/FA-PDNH pour l'imagerie et la thérapie [88]

Des nanoclusters d'or de polyéthylèneimine hydrosoluble fonctionnalisés par des polycations (PEI-AuNCs) ont été conçus et synthétisés pour des applications de thérapie génique appropriées et sûres ainsi que l'imagerie cellulaire [89]. En raison des propriétés optiques passionnantes des PEI-AuNCs, ces clusters sont signalés comme un candidat prometteur pour la bio-imagerie, ce qui a été confirmé par l'incubation de lignées cellulaires cancéreuses (HepG2) avec des PEI-AuNCs et a montré une photoluminescence remarquable et les cellules donnant une forte fuorescence rouge intense. Nanoclusters d'or protégés par de l'ovalbumine (sonde fluorescente) liée à de l'acide folique (ligand de ciblage) (FA-Ova-AuNCs) et un homopolymère N -acryloxysuccinimide en tant que lieur est développé par Qiao et al. et a été utilisé pour la détection du cancer par imagerie des cellules cancéreuses (Fig. 7). Comme les récepteurs de l'acide folique sont surexprimés dans les cellules HeLa, on pense que les cellules Hela ingéreraient des FA-Ova-AuNC. Dans ce travail, une coloration spécifique des cellules HeLa par FA-Ova-AuNCs a été démontrée [90].

Schéma de la formation des FA-Ova-AuNCs pour l'imagerie des cellules cancéreuses [90]

Pour l'application en détection, un cluster d'or(I) moléculaire hautement phosphorescent dans un film polymère macroporeux a été conçu et synthétisé pour la détection de cyanure par une technique de détection colorimétrique. Les nanoclusters d'or peuvent être utilisés pour détecter les ions cyanure dans le vin rouge, le café, le jus et le sol. Comme le cyanure est extrêmement toxique et dangereux et peut entraîner la mort [91], il était nécessaire de trouver des capteurs hautement sélectifs, sensibles et rentables pouvant aider à déterminer les niveaux de cyanure dans l'environnement, l'eau et les aliments [92] . Ainsi, ce nanocluster d'or peut agir comme une bénédiction qui peut aider à sauver un certain nombre de vies [93].

AuNC conjugués à la biomacromolécule

Des biomacromolécules avec des groupes thiol ont également été appliquées en tant que ligands couramment utilisés pour préparer des AuNC dans différentes applications biomédicales. Récemment, des nanoclusters d'or fonctionnalisés par la transferrine (Tf) (Tf-AuNCs)/un nanocomposite d'oxyde de graphène (GO) (Tf-AuNCs/GO) ont été fabriqués en tant que sonde fluorescente proche infrarouge (NIR) qui peut être utilisée pour la bio-imagerie des cellules cancéreuses et des petits animaux [94]. La capacité de la sonde fluorescente NIR à imager le récepteur Tf (TfR) sur les cellules cancéreuses a été évaluée à l'aide de deux lignées cellulaires cancéreuses différentes, à savoir Hela (niveau d'expression élevé de TfR) et HepG-2 (niveau d'expression faible) et une lignée cellulaire de souris normale (3T3) avec différents niveaux de TfR, comme le montre la figure 8. La sonde fluorescente n'a évidemment été ingérée que par les cellules Hela, et une fluorescence notable a été observée après 4 h d'incubation.

Fabrication de la conjugaison Tf-AuNCs/GO en tant que sonde fluorescente proche infrarouge pour la bio-imagerie dans les cellules cancéreuses avec surexpression de TfR [94]

Sahoo et al. ont développé une synthèse verte rapide en une étape (2 min) d'AuNCs hautement lumineux sur l'ADN, en utilisant un seul cycle de chauffage et de refroidissement comme dans la réaction en chaîne par polymérase (PCR). L'intensité des nanoclusters de luminescence s'est avérée augmenter avec le nombre d'ADN, offrant un moyen facile de quantifier l'ADN (Fig. 9). En tant que sonde fluorescente puissante pour la quantification de l'ADN, la capacité des AuNC est démontrée dans deux lignées cellulaires cancéreuses différentes, dont HeLa et A549 [95]. La formation d'AuNCs s'est avérée être influencée par la quantité de précurseurs (HAuCl₄ ) utilisé en synthèse. L'intensité des émissions de luminescence et les résultats quantiques des nanoclusters sont observés en fonction des dimensions des clusters formés sur diverses quantités d'or. Les AuNCs ont été préparés par différentes paires de bases, qui consistaient en A, T, G et C, et produisaient la même luminescence pour différentes compositions de paires de bases et les mêmes longueurs de séquence. En outre, l'identification de la dépendance de l'intensité d'émission des nanoclusters sur les quantités d'ADN fournit un moyen unique de tester. L'analyse de l'amplification génique et de l'expression relative peut être obtenue. De plus, la biocompatibilité des AuNCs souligne davantage son utilisation comme sonde par rapport aux propriétés cytotoxiques traditionnelles des colorants. L'analyse quantitative du niveau d'expression génique dans diverses lignées cellulaires cancéreuses peut être utilisée pour démontrer un équipement simple, portable et peu coûteux comme alternative à une machine à énergie PCR compliquée, puissante et coûteuse. De plus, avec l'utilisation d'AuNC luminescents comme agents générateurs de signaux, cet outil permet une PCR par transcriptase inverse et une analyse basée sur des puces de plusieurs gènes/protéines en même temps à l'aide de supports commutables et d'un logiciel spécialement conçu. Des dispositifs et des approches ont été développés pour évaluer les profils génétiques associés à l'apoptose dans les cellules cancéreuses HeLa et également pour mesurer l'expression du glutathion-S -protéine transférase (GST) et protéine recombinante du facteur de stimulation des colonies de granulocytes humains marqués par GST (GSThGMCSF) extraites de Escherichia coli [96].

La méthode de synthèse des AuNCs luminescents par émulation de la condition PCR [95]

La préparation à grande vitesse d'agents producteurs de signaux biocompatibles d'AuNCs dans l'ADN et les protéines permet une détection qualitative. De plus, il fournit des méthodes synthétiques d'AuNC en tant que sondes communes pour les études d'ADN et de protéines (dans les fluides ainsi que les échantillons sur membranes), l'analyse d'amplicon PCR et les recherches membranaires dans un seul instrument. L'instrument est capable de fournir une efficacité d'amplification PCR de 95 % par rapport aux machines disponibles dans le commerce. Plus important encore, les matériaux sont tous respectueux de l'environnement. En tirant parti des avantages, l'outil et l'approche intégrés peuvent créer une nouvelle application aux techniques existantes avec l'incorporation de la nanotechnologie et de la biologie.

Nguyen et al. développer un double ligand de stabilisation des AuNCs et fabriquer des AuNCs/nanocomplexe de graphène en tant que sonde fluorescente « activée » pour détecter le cancer de la métalloprotéinase-9 matricielle liée à la matrice [97]. Une méthode fluide en une seule étape a été étudiée pour l'application biomédicale des AuNCs en utilisant des peptides et de l'acide mercapto-undécanoïque comme ligands co-modèles. Le peptide avec le site de clivage de la métalloprotéinase-9 sert de stabilisateur et également de ligand de ciblage pour la détection enzymatique. Avec les enzymes, en raison des excellentes propriétés d'extinction et du bruit de fond négligeable de l'oxyde de graphène, le nanomatériau AuNCs/graphène produit une forte réponse fluorescente « d'activation », qui est fortement corrélée avec les concentrations d'enzymes. La limite de détection du nanomatériau est de 0,15 nM pour l'enzyme. Le nanomatériau fluorescent a été démontré avec succès pour la détection de la métalloprotéinase-9 « activée » sécrétée par la cellule cancéreuse MCF-7 avec une sensibilité et une sélectivité élevées. De plus, les AuNCs fluorescents offrent des réductions significatives de temps, de coût et de complexité sensorielle par rapport aux études précédentes. La plate-forme a également montré un grand potentiel pour la détection de différentes molécules biologiques dans divers domaines, y compris les recherches environnementales et analytiques. De même, Song et al. développer la méthode sans marqueur, sensible et simple pour détecter les protéines kinases basée sur l'agrégation sélective de peptides nanoclusters phosphorylés d'or (AuNCs-peptides) induite par la coordination de l'ion Zr [98]. Les AuNCs ont été préparés par des peptides sans agent réducteur fort, ce qui empêche les peptides d'être perturbés. Une étude de fluorescence verte, sensible et simple sans marqueur utilisant les peptides AuNC pour mesurer l'activité de la protéine kinase CK2 a été développée. Par rapport au test de fluorescence des kinases récemment établi, les utilisations des peptides AuNC présentent plusieurs avantages importants, notamment des processus expérimentaux sans marqueur, verts et simples.

Selvaprakash et al. développer des AuNC en utilisant des protéines de blanc d'œuf de poule à faible coût (AuNCs@ew) comme sonde de détection d'activation pour détecter des métabolites contenant du phosphate tels que l'adénosine-50-triphosphate (ATP) et le pyrophosphate (PPi) [99]. Une approche rentable et simple pour produire des sondes AuNC fluorescentes pour les molécules contenant du phosphate telles que l'ATP et le PPi a été obtenue. En ajoutant des blancs d'œufs bon marché avec du tétrachloroaurique, AuNCs@ew peut être facilement synthétisé par chauffage par micro-ondes. Dans ce travail, AuNCs@ew dominé principalement par AuNCs@ovalbumine grâce à une caractérisation minutieuse. Étant donné que l'ovalbumine est une glycoprotéine et contient d'abondants ligands de glycine, la possibilité d'utiliser AuNCs@ew comme sondes fluorescentes pour ConA, qui contient le site de liaison des glycanes, a été prouvée avec succès dans les travaux de Selvaprakash.

Wu et al. utilisent de l'albumine sérique bovine (BSA) et du GSH pour synthétiser des nanoclusters d'or (BSA/GSH-AuNCs) avec une excitation et des émissions à 330 nm et 650 nm, respectivement [100]. Dans cette approche, la BSA et le GSH servent principalement d'agents limitants et réducteurs, respectivement. Avec l'aide de GSH, seulement 30 μM de BSA sont nécessaires pour synthétiser les BSA/GSH-AuNC photostables. Avec l'utilisation du GSH, l'utilisation de grandes quantités de protéines coûteuses telles que la BSA et la transferrine n'est plus nécessaire pour le développement de protéines fluorescentes/GSH-AuNCs. Cette stratégie fournit une approche à faible coût pour la synthèse de protéines-AuNCs et simplifie également le raffinage des AuNCs établis. Wu et al. a également constaté que l'extinction déclenchée par NO₂ ⁻ à pH 3,0 était efficace et spécifique. Avec une tolérance élevée au sel, une sensibilité et une sélectivité élevées, les BSA/GSH-AuNC ont un grand potentiel pour la mesure de NO₂ compliqué échantillons. Cao et al. étudier les changements de fluorescence induits par le pH de AuNCs@BSA et les changements de conformation appropriés des protéines ligands par fluorescence, dichroïsme circulaire (CD) et mesures spectrales IR. Dans ce travail, BSA dans AuNCs@BSA subit des changements conformationnels identifiables au niveau des structures secondaires et tertiaires. Les résultats CD et IR interprètent un changement significatif par rapport à la seconde structure sur l'acidité extrême et alcaline, où des structures plus irrégulières sont obtenues [101]. La différence dans les tendances de changement structurel secondaire entre AuNCs@BSA et la BSA d'origine a été montrée. La condition alcaline extrême (pH 11,43) induit un changement d'exposition à l'hélice enfouie. De plus, le grand écart de fluorescence du tryptophane entre AuNCs@BSA et le BSA d'origine implique que les noyaux d'or vivent près du tryptophane dans le BSA. Cette étude jette les bases de la compréhension de la conformation comportementale des protéines ligands dans les AuNC conjuguées.

Ghosh et al. étudier les effets des AuNCs sur la CD et l'activité enzymatique de l'α-chymotrypsine (ChT) (contre l'hydrolyse du substrat, N -succinyl-l-phénylalanine p-nitroanilide) [102]. Le spectre CD montre que lors de la liaison aux AuNC, ChT est complètement exposé, produisant une ellipticité presque nulle. Les AuNC revêtues de ChT ne présentent pratiquement aucune activité enzymatique. Le GSH supplémentaire ou le GSH oxydé restaure l'activité enzymatique d'un ChT de 30 à 45 %. L'activité de ChT est irréversiblement perdue sur la surface de liaison des AuNCs. Cette activité perdue peut être récupérée lorsque ChT ferme les AuNC traitées avec du GSH ou du GSH oxydé. Dans la cellule, l'activité enzymatique peut être ravivée par le GSH comme le montre ce travail. Étant donné que les cellules cancéreuses sont caractérisées par des niveaux élevés de glutathion, il y aura des différences dans l'absorption des groupes d'or doublés d'enzymes entre les cellules cancéreuses et les cellules normales.

La nouvelle technique de chirurgie guidée par fluorescence est entrée dans le processus chirurgical pour aider les opérateurs à décider si les tissus doivent être réséqués ou préservés pendant la chirurgie [103]. Ces réalisations pourraient établir un changement de paradigme dans la chirurgie du cancer pour une grande amélioration des résultats pour les patients. Les récents progrès de la recherche dans ce domaine se sont concentrés sur l'utilisation d'AuNCs fluorescents conjugués à l'acide diatrizoïque et à l'aptamère AS1411 spécifique à la cible en tant que sonde guidée par fluorescence pour fournir un guidage précis lors de la résection du tissu tumoral. Des expériences in vivo ont démontré que l'emplacement de la tumeur chez la souris porteuse de tumeur CL1-5 a été observé à partir de l'image CT claire en utilisant les conjugués AuNC comme agent de contraste d'imagerie moléculaire. Plus important encore, la fluorescence orange-rouge clairement visible des conjugués AuNC a été utilisée pour aider à la résection de la tumeur CL1-5 par guidage par fluorescence peropératoire. La forte amélioration de la fluorescence de la tumeur réséquée est basée sur les données du système d'imagerie in vivo pour prouver le ciblage moléculaire réussi à l'aide de conjugués AuNC fluorescents. Ce travail a démontré de grands avantages de l'utilisation des conjugués AuNC fluorescents spécifiques à la cible in vivo qui sont capables de fournir des temps d'imagerie fluorescente à long terme, une photostabilité élevée, des fonctions d'imagerie double et des modifications de surface réalisables avec des molécules spécifiques ciblées par rapport à la plupart des organiques agents de contraste actuellement utilisés. De plus, ce travail a apporté un concept avancé dans le domaine de l'imagerie biomédicale et thérapeutique utilisant des AuNCs fonctionnalisés.

Conclusions

Dans l'ensemble, nous avons fourni une mini revue des avancées récentes dans les AuNC fluorescentes préparées avec de petites molécules, des polymères et des biomacromolécules pour les applications en bio-imagerie, détection et thérapie (tableau 1). Ces travaux ont montré que les AuNC fluorescentes peuvent être des sondes fluorescentes prometteuses en raison de leurs propriétés uniques telles qu'une excellente biocompatibilité, une photostabilisation élevée et une modification de surface facile. Bien que les AuNC aient été démontrées dans diverses applications biomédicales, leurs rendements quantiques de fluorescence (QY) sont encore faibles (généralement moins de 20 %). Le premier défi pour étendre les applications des AuNCs est axé sur la préparation des AuNCs avec un QY à haute fluorescence. With low fluorescence QY, the synthesis of AuNCs with uniform size will be an alternative way to improve their fluorescence QY. Furthermore, with the uniform size, fluorescent AuNCs with a narrow emission spectrum will increase their benefit in biomedical applications. The second challenge for AuNCs is the control of ligand on their surface because the chemical and physical properties of AuNCs can be significantly affected by their surface modification. Therefore, the theoretical and practical studies of AuNCs are still needed to have a better understanding of their structure, optical characteristic, and physicochemical property. Especially, for physicochemical property, recent studies have proven that AuNCs are potential fluorescent probes for biosensing, bioimaging, and cancer therapy. Accordingly, to realize the biomedical applications, we still have a lot of works to push the biomedical applications of AuNCs in imaging, detection, and therapy. Overall, with the great efforts, we believe that AuNCs will be served as a significant fluorescent probe in biomedical application in the near future.

Abréviations

AuNCs:

Gold nanoclusters

BSA:

Sérum albumine bovine

CBMC:

Cord blood mononuclear cells

CD:

Circular dichroism

Chi:

Chitosan

ChT:

Chymotrypsin

DHLA:

Dihydrolipoic acid

DPA:

D-penicillamine

TNT :

Dithiothréitol

FA:

Folic acid

FLIM:

Fluorescence lifetime imaging

FRET :

Transfert d'énergie de résonance Förster

GSH :

Glutathione

GST:

Glutathione-S -transferase

MUA:

11-Mercaptoundecanoic acid

Ova:

Ovalbumin

PCR:

Polymerase chain reaction

PDNH:

Poly(DBAM-co-NASco-HEMA)

Île-du-Prince-Édouard :

Polyethyleneimine

PPi:

Pyrophosphate

PTMP-PMAA:

Multidentate thioether-terminated poly(methacrylic acid)

SPEET:

Surface plasmon-enhanced energy transfer

Tf:

Transferrin

Try:

Trypsin

VAN:

Vancomycin