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Design of gold nanoparticles functionalized with biologically active thiolated compounds for enhanced antiproliferative effects in breast cancer cells using photothermal therapy
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Abstract
Breast cancer constitutes a substantial global health challenge, representing 12.5% of new annual cancer cases worldwide. The primary hurdle lies in the adverse effects associated with conventional anticancer drugs. This research addresses this issue by utilizing gold nanoparticles (AuNPs) to load these drugs onto their surface, thereby reducing required drug amounts and minimizing side effects. The objective is to synthesize, characterize, and functionalize AuNPs with biologically active thiolated compounds for enhanced antiproliferative effects in breast cancer cells using photothermal therapy. Various designs of AuNPs were explored in terms of their physicochemical properties and stability. Unfunctionalized and functionalized AuNPs underwent characterization using UV-Vis and Raman spectroscopy, TEM, and Zetasizer. Citrate-capped AuNPs excelled as the most stable and monodispersed colloids. After functionalization with the anticancer drug 2-thiouracil (2-TU), chemical binding mechanisms were elucidated, revealing the
chemisorption of 2-TU on AuNPs. Antiproliferative activity was evaluated using the MDA-MB-231 breast cancer cell line. Results showed a significant enhancement in the antiproliferative activity of 2-TU when loaded onto AuNPs, particularly under visible light irradiation, reducing the half-maximal inhibitory concentration by 50% compared to unloaded AuNPs. This synergistic effect suggests a potential reduction in 2-TU drug concentration and associated side effects during treatments. This study introduced a proof of concept for using low-power visible radiation, highlighting the potential of 2-TU-functionalized AuNPs in photothermal therapy with visible green light (520 nm), minimizing tissue damage compared to UV-based therapies, and presenting a promising strategy for treating triple-negative breast cancer.
El cáncer de seno constituye un desafío sustancial para la salud global, representando el 12.5% de los nuevos casos de cáncer anuales en todo el mundo. La principal barrera radica en los efectos adversos asociados con los medicamentos anticancerígenos convencionales. Esta investigación aborda este problema utilizando nanopartículas de oro (AuNPs) para cargar estos medicamentos en su superficie, reduciendo así las cantidades necesarias y minimizando los efectos secundarios. El objetivo es sintetizar, caracterizar y funcionalizar AuNPs con compuestos tiolados biológicamente activos para mejorar los efectos antiproliferativos en células de cáncer de seno mediante la terapia fototérmica. Se exploraron varios diseños de AuNPs en términos de sus propiedades fisicoquímicas y estabilidad. Las AuNPs no funcionalizadas y funcionalizadas fueron caracterizadas mediante espectroscopía UV-Vis y Raman, TEM y Zetasizer. Las AuNPs con recubrimiento de citrato se destacaron como los coloides más estables y monodispersos. Después de la funcionalización con el medicamento anticancerígeno 2-tiouracil (2-TU), se elucidaron los mecanismos de unión química, revelando la quimisorción de 2-TU en las AuNPs. La actividad antiproliferativa se evaluó utilizando la línea celular de cáncer de seno MDA-MB-231. Los resultados mostraron un aumento significativo en la actividad antiproliferativa de 2-TU cuando se cargó en las AuNPs, especialmente bajo irradiación de luz visible, reduciendo la concentración inhibitoria media en un 50% comparada con las AuNPs no funcionalizadas. Este efecto sinérgico sugiere una reducción potencial en la concentración del medicamento 2-TU y los efectos secundarios asociados durante los tratamientos. Este estudio introdujo una prueba de concepto para el uso de radiación visible de baja potencia, resaltando el potencial de las AuNPs funcionalizadas con 2-TU en la terapia fototérmica con luz verde visible (520 nm), minimizando el daño en los tejidos en comparación con las terapias basadas en UV y presentando una estrategia prometedora para tratar el cáncer de seno triple negativo.
El cáncer de seno constituye un desafío sustancial para la salud global, representando el 12.5% de los nuevos casos de cáncer anuales en todo el mundo. La principal barrera radica en los efectos adversos asociados con los medicamentos anticancerígenos convencionales. Esta investigación aborda este problema utilizando nanopartículas de oro (AuNPs) para cargar estos medicamentos en su superficie, reduciendo así las cantidades necesarias y minimizando los efectos secundarios. El objetivo es sintetizar, caracterizar y funcionalizar AuNPs con compuestos tiolados biológicamente activos para mejorar los efectos antiproliferativos en células de cáncer de seno mediante la terapia fototérmica. Se exploraron varios diseños de AuNPs en términos de sus propiedades fisicoquímicas y estabilidad. Las AuNPs no funcionalizadas y funcionalizadas fueron caracterizadas mediante espectroscopía UV-Vis y Raman, TEM y Zetasizer. Las AuNPs con recubrimiento de citrato se destacaron como los coloides más estables y monodispersos. Después de la funcionalización con el medicamento anticancerígeno 2-tiouracil (2-TU), se elucidaron los mecanismos de unión química, revelando la quimisorción de 2-TU en las AuNPs. La actividad antiproliferativa se evaluó utilizando la línea celular de cáncer de seno MDA-MB-231. Los resultados mostraron un aumento significativo en la actividad antiproliferativa de 2-TU cuando se cargó en las AuNPs, especialmente bajo irradiación de luz visible, reduciendo la concentración inhibitoria media en un 50% comparada con las AuNPs no funcionalizadas. Este efecto sinérgico sugiere una reducción potencial en la concentración del medicamento 2-TU y los efectos secundarios asociados durante los tratamientos. Este estudio introdujo una prueba de concepto para el uso de radiación visible de baja potencia, resaltando el potencial de las AuNPs funcionalizadas con 2-TU en la terapia fototérmica con luz verde visible (520 nm), minimizando el daño en los tejidos en comparación con las terapias basadas en UV y presentando una estrategia prometedora para tratar el cáncer de seno triple negativo.
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Date
2024-05-09
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Keywords
Gold nanoparticles, Photothermal therapy, Breast cancer