NanoTracers - Tracking the (Intra)cellular fate and organelle trafficking of gold nanoparticles In cancer models

Abstract

Cancer is a leading cause of mortality globally, claiming nearly 10 million lives in 2022. Therefore, developing novel, specific, and selective therapies is crucial. Nanotechnology is an interdiscipli- nary field and plays a key role by creating, manipulating, and studying materials at the nanoscale (1-100 nm) with unique properties. Nanomedicine, which applies nanotechnology to medicine, offers innovative theranostic solutions. Gold nanoparticles (AuNPs) are particularly promising for nanomedicine due to their distinctive physico-chemical and optical properties, making them ideal for imaging and drug delivery. Polyethylene glycol (PEG), an inert and non-toxic molecule with a thiol group in one end, has affinity to gold. Functionalizing AuNPs with PEG enhances their colloi- dal stability and allows further functionalization with other biomolecules. In this study, AuNPs were synthesized and functionalized with two bi-functional PEG molecules (PEG-COOH and PEG- NH2) to enable further attachment of two fluorescent dyes: tetramethylrhodamine cadaverine (TAMRA) and fluorescein isothiocyanate (FITC). The stability of each nanoconjugate was tested at pH values from 5 to 8. AuNP@PEG-NH2@FITC showed greater stability across pH variations than AuNP@PEG-COOH@TAMRA, which were highly unstable at lower pH levels. pH 7 was found to be the most suitable for dual functionalization with both dyes on a single AuNP.

O cancro é uma das principais causas de morte a nível mundial, reclamando quase 10 milhões de vidas em 2022. Como tal, o desenvolvimento de novas formas de terapia, específicas e seletivas, é crucial. A nanotecnologia é uma área interdisciplinar e exerce um papel fulcral na criação, mani- pulação e estudo de materiais à nanoescala (1-100 nm), com propriedades únicas. A nanomedi- cina, que aplica a nanotecnologia à medicina, oferece novas soluções de teranóstico. As nanopar- tículas de ouro (AuNPs) são particularmente promissoras em nanomedicina, devido às suas dis- tintas propriedades físico-químicas e óticas, fazendo delas ideais para imagiologia e entrega de fármacos. O polietileno glicol (PEG) é uma molécula inerte e não tóxica, com um grupo tiol numa das extremidades e com afinidade para o ouro. A funcionalização das AuNPs com PEG aumenta a sua estabilidade coloidal e permite a sua posterior funcionalização com outras biomoléculas. Neste trabalho, as AuNPs foram sintetizadas e funcionalizadas com duas moléculas bi-funcionais de PEG (PEG-COOH e PEG-NH2), de forma a permitir a sua funcionalização com dois fluoróforos distintos: tetrametilrodamina cadaverina (TAMRA) e fluoresceína isotiocianato (FITC). A estabi- lidade de cada nanoconjugado foi testada em valores de pH entre 5 e 8. As AuNP@PEG-NH2@FITC apresentaram maior estabilidade em variações de pH, do que as AuNP@PEG-COOH@TAMRA, que apresentaram elevada instabilidade para níveis de pH mais baixos. O pH 7 foi considerado o mais adequado para permitir a dupla funcionalização de uma única AuNP.