Theranostic applications of gold nanoparticles in gene therapy

Abstract

Altın nanoparçacıklar (AuNPs) tıbbi tedavi ve tanı (teranostik) uygulamalarda artarak yer almaktadır. AuNPs malzeme bilimi dahilinde farklı tiplerde sentezlenebilir olma, parçacıkların bireysel davranışlar sergilemesi, boyutlarıyla ilintili olarak elektronik, manyetik ve optik özelliklere sahip olma (kuantum boyut etkisi) ve katalitik, biyolojik uygulamalarda yer alabilme gibi etkileyeci özellikleri ile kendini göstermektedir. AuNPs'ın sahip oldukları benzersiz optik ve kimyasal özellikleri sayesinde ilaç taşınması, görüntüleme ve kanser tedavisi gibi biyolojik uygulamalarda ümit vadedici yaklaşımların olmasını sağlamaktadır. Çalışmanın ilk kısmında, başlıca üç farklı şekile sahip AuNPs; altın nanoküre, altın nanokafes, altın nanoçubuk sentezlenmiştir. Sentezlenen parçacıklar yüzey reseptörü-antikor etkileşmesi ve karanlık alan görüntülenmesi teknikleri kullanılarak insan göğüs adenokarsinoma (MCF-7) ve insan mezenkimal (hMSC) hücre hatlarının teşhis uygulamalarında kullanılmıştır. Teşhis uygulamalarının sonucunda, AuNSin hücre içerisine girebilme eyiliminin diğer parçacıklara gore daha yüksek olduğu ve AuNC, AuNR un ise görüntüleme amaçlı çalışmalarda daha aktif olabilecekleri kanısına varıldı. Çalışmanın ikinci bölümünde, AuNS yumurtalık kanseri hücre hattında (HeLa) tümör yayılmasına sebep olan MMP-15 genenin baskılanması için uygun siRNAyı hücre içine taşımak amacıyla kullanılmıştır. Sonuç olarak, RT-PCR analizi ve dark-field görüntüleme yöntemleri göstermişlerdir ki; poli etilen imin (PEI) kaplı AuNS, siRNA nın HeLa hücrelerine taşınmasında ve MMP-15 geninin susturulmasında başarılı olmuştur.

Gold Nanoparticles (AuNPs)have found increasing applications in medical therapies and diagnostics (theranostics). AuNPs present fascinating attitudes such as their easy synthesis in different types involving materials science, the behavior of the individual particles, size-related electronic, magnetic and optical properties (quantum size effect), and their applications to catalysis and biology. AuNPs have promising aspects to be used in many bioapplications such as drug delivery, imaging, and cancer therapy thanks to their unique optical and chemical properties. In the first part of the study, AuNPs in mainly three shaped; gold nanospheres (AuNS), gold nanocage (AuNC), and gold nanorod (AuNR) were synthesized. They were used in diagnostic application on human breast adenocarcinoma (MCF-7) and human mesenchymal (hMSC) cell lines by antibody surface receptor conjugation and dark-field imaging technique. As a conclusion of diagnostic study, AuNS performed efficiently to enter the cell and AuNC, AuNR were more useful shaped nanoparticles for imaging purposes. In the second part of the study, AuNS was used as siRNA carrying platform in therapeutic application by suppressing the gene (MMP-15) which causes invasion of tumour in cervical carcinoma (HeLa) cell lines. As a result, Reverse Transcription Polymerase Chain Reaction (RT-PCR) analysis and dark-field image showed that poly ethyleneimine (PEI) coated AuNS was successful to carry the siRNA and knockdown the MMP-15 gene expression in HeLa cells.