Synthesis of CuS containing ferritin nanoparticles and determination of phototermal properties

Abstract

Ferritin (Frt) çoğu canlı organizmada bulunan demir depolama ve taşıma proteinleridir. Frt iç ve dış çapları sırasıyla 8 nm ve 12 nm olan küresel kafes benzeri bir yapıda kendiliğinden bir araya gelen 24 alt birimden oluşan 450 kDa'lık büyük bir proteindir ve ısı gibi denatüranlara karşı dirençlidir(>80 oC). Frt'nin protein kafesi 4500 demir atomu kapasitesine sahiptir. Frt'nin kuvaterner yapısı demirin protein kafesinin içine ve dışına geçişine aracılık eden sekiz hidrofilik kanala sahiptir. Apoferritin (Afrt) ise Frt'nin yapısındaki demirin demineralizasyon ile uzaklaştırılması sonucu elde edilen içi boş kafes şeklindeki proteinlerden oluşan nanopartiküllerdir. Afrt, kontrast ajanlar, floresan moleküller, ilaçlar ve geçiş metalleri gibi çeşitli bileşikler ile etkili bir şekilde yüklenebilen merkezi bir boşluk içerir. Bu çalışmada, toksik olmayan, kanser hücrelerini doğal olarak hedefleyebilme özelliğine sahip ve Frt'nin demineralizasyonundan elde edilen Afrt nanokafesler kullanılacaktır. Bu amaçla öncelikle Afrt nanokafeslerin iç boşluklarında ultra küçük boyutlu bakır(II) sülfür (CuS) nanopartikülleri oluşturularak Afrt-CuS nanokafesler sentezlenecektir. Bu şekilde sentezlenen Afrt-CuS nanopartiküllerin 808 nm (1.5 W/cm2) lazer ışığı ile ışınlandıklarında CuS nanopartiküller vasıtası ile ısınarak gösterdiği fototermal etkileri çözelti ortamında incelenmiştir. Sonuç olarak bu çalışma ile Afrt-CuS nanopartiküller başarılı bir şekilde sentezlenip karakterize edildikten sonra, fototermal özellikleri optimize edilmiştir.

Ferritins (Frt) found in most living organisms are the iron storage and transport proteins. Frt is a large protein of 450 kDa composed of 24 subunits that self assemble into a sphericalcage-like structure with inner and outer diameters of 8 nm and 12 nm, respectively and it is resistant to denaturants such as heat (>80 oC). The protein cage of Frt can accommodate up to 4500 iron atoms. The quaternary structure of ferritin has eight hydrophilic channels that mediate iron transit in and out of the protein cage. Apoferritins (Afrt) are nanoparticles that consist of hollow shaped proteins cage that are obtained from removal of iron with demineralization. Afrt includes a central cavity which can be efficiently loaded with various compounds such as contrast agents, fluorescent molecules, drugs and transition metals. In this study, the Afrt nanocages, which are non-toxic, naturally targets cancer cells and obtained demineralization of ferritin, will be used. For this purpose, firstly Afrt-CuS nano-cages will be synthesized with the forming ultra-small sized copper(II) sulfide (CuS) nanoparticles in the inner cavity of Afrt nano-cages. When the Afrt-CuS nanoparticles synthesized in this way are irradiated with the 808 nm (1.5 W/cm2) laser light, the photothermal effects of these nanoparticles, due to the heating of CuSnanoparticles, have been examined in solution medium. In conclusion, after the Afrt-CuS nanoparticles were successfully synthesized and characterized, their photothermal properties were optimized.