Length-dependent selective killing of brain cancer cells using polyguanine modified gold nanoparticles

Abstract

Sentezi ve yüzey modifikasyon reaksiyonları kolay olması sebebiyle altın nanoparçacıklar (AuNP) nanotıp alanında gelecek vaadeden bir terapötik ajan olarak çalışılmaktadır. Aynı zamanda, AuNP'ler, inert, biyouyumlu ve plazmonik olma özelliklerinden kaynaklı olağanüstü fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip nanoparçacıklardır. AuNP'lerin yüzeyleri deoksiribonükleik asit (DNA), peptit, protein, karbonhidrat gibi birçok farklı biyolojik molekülerle modifiye edilebilir ve yüzeyleri modifiye olmuş AuNP'ler ilaç taşıma, gen terapisi, algılama, tespit ve görüntüleme gibi terapötik nanotıp alanlarında oldukça merak uyandırıcıdırlar. Bu biyomoleküller arasında guanince-zengin (G-zengin) oligonükleotitlerin terapötik kullanımları oldukça ilgi çekmektedir çünkü kanser hücreleri üzerinde anti-proliferatif özellikleri vardır. G-zengin oligonükleotitle yüzey modifiye AuNP'ler çalışılmakla birlikte, bu potansiyel terapötik taşıyıcıların hücresel tepkileri hakkında az bilgi bilinmektedir. Bu çalışmada, oligonükleotit-modifiye AuNP'lerin uzunluk-bağımlı hücresel tepkilerinin araştırılması amaçlanmıştır. Bu çerçevede, AuNP yüzey modifikasyonları için poliadenin kuyruklu poliguanin (G10 ve G20) sekansları kullanılmıştır. Elde edilen nanoparçacıklar, G10-AuNP ve G20-AuNP, hücre döngüsü analizi, apoptoz indüksiyonu, hücre içeri alım çalışmaları, ve bunlara ek olarak in vitro sitotoksisite testlerinde kullanılmıştır. Artan guanin bazı uzunluğunun glioblastom (GBM) hücrelerinde normal hücrelere kıyasla hücre içine alımını artırdığı (1.86 kat), S fazında (1.67 kat) ve G2/M (1.34 kat) fazında hücre birikimini fazlalaştırdığı ve apoptoz indüksiyonunu artırdığı (iki kat) bulunmuştur. Sonuç olarak, elde edilen datalar poliguanin-modifiye AuNP'lerin GBM hücrelerinde uzunluk-bağımlı seçici ölüme yol açtığını göstermektedir.

Gold nanoparticles (AuNPs) are investigated as a promising therapeutic agent in nanomedicine due to their easy synthesis and surface functionalization. AuNPs also have extraordinary physicochemical properties such as inertness, being plasmonic and biocompatible. AuNPs can be modified using variety of molecules including biological ones, such as deoxyribonucleic acid (DNA), peptides, proteins, carbohydrates for highly exciting applications in various fields of therapeutic nanomedicine such as drug delivery, gene therapy, sensing, detection, and imaging. Among these biological molecules, therapeutic use of oligonucleotides, more specifically guanine-rich (G-rich) oligonucleotides, gain interest due to their anti-proliferative effects in malignant tumor cells. Surface functionalization of AuNPs using G-rich oligonucleotides are being studied in nanomedicine, however, little is known about the cellular response of these hybrid structures as potential therapeutic agents. In this study, we aimed to investigate length-dependent cellular responses of oligonucleotide modified-AuNPs. With this goal in mind, polyadenine-tailed polyguanine sequences (G10 and G20) are used to functionalize the surface of AuNPs. Resulting nanostructures, G10-AuNPs and G20-AuNPs, are used to investigate their effect through cell cycle analysis, apoptosis induction, cellular uptake studies, as well as in vitro cytotoxicity assessments. As a result, increasing number of guanine bases showed enhanced cellular uptake (1.86 fold), increased cell accumulation in S phase (1.67-fold) and G2/M phase (1.34-fold), and elevated induction of apoptosis (two-fold) in glioblastoma (GBM) cells (U87MG and U373) when compared with normal human astrocytes (NHA). In conclusion, the data suggests length-dependent selective killing of GBM cells using polyguanine modified-AuNPs.