レーザー照射による低温凝集金ナノ粒子の再分散と生物学的相互作用への影響

Redispersion of cryoaggregated gold nanoparticle by means of laser irradiation and effect on biological interactions.

• Ankita Mishra
• Shazia Shaikh
• Ashok Kumar

抄録

金ナノ粒子の凝集・凝集は、ナノ粒子の種類によって観察される重要な現象である。本研究では、市販の金ナノ粒子（50nm）と化学合成した金ナノ粒子（40nm）を氷点下で凝集させた後、ナノ秒レーザーを照射して凝集体を破壊し、その後の生物学的相互作用に影響を与えた。レーザーアブレーション前後のAuNPの特性を紫外可視分光法,透過型電子顕微鏡,原子間力顕微鏡などを用いて調べた。レーザーアブレーションの各サイクル後のナノ粒子の収量を比較するために、凍結（凝集）とレーザーアブレーション（分散）のプロセスを複数回行った。さらに、レーザーアブレーション前後のAuNPを、RAW264.7、Caco-2およびNeuro-2a細胞株を用いたインビトロ試験により、細胞毒性、タンパク質コロナ形成および細胞取り込みについて評価した。その結果、両タイプのAuNPの凝集体は、レーザーアブレーションの第一サイクル後に断片化を示した。さらに、断片化後に得られたAuNPは、ネイティブAuNPと比較して、直径の減少と再形成を示した。2サイクル目および3サイクル目のレーザーアブレーション後のナノ粒子のサイズおよび形状は、1サイクル目のアブレーション後に得られたものと同じであった。レーザーアブレーションしたAuNPとネイティブAuNPは、RAW 264.7細胞およびCaco-2細胞の生存率に対して、24時間および48時間の曝露後に同様の効果を示した。また、レーザーアブレーションしたAuNPとネイティブAuNPの細胞への取り込みは、サイズに依存する現象であることが観察された。本研究では、ナノ秒レーザーアブレーションによる低温凝集AuNPのアブレーションは、アブレーション後のAuNPのサイズや形状などの物理的特性に変化をもたらすが、細胞との生物学的相互作用は変わらないことが示された。本研究は、AuNPのレーザーアブレーションにより生成したAuNPの生物学的相互作用に関する初めての報告である。

Agglomeration/aggregation is an indispensable phenomenon observed by different nanoparticles. In the present study, commercial grade (50nm) and chemically synthesized (40nm) gold nanoparticles (AuNPs) were aggregated at sub-zero temperatures, followed by disruption of the AuNP aggregates via nanosecond laser-ablation and subsequent effect on biological interactions. AuNPs were characterized pre/post laser-ablation via UV-visible spectroscopy, transmission electron microscopy, atomic force microscopy, etc. The process of freezing (aggregation) and laser-ablation (dispersion) was performed multiple times, in order to compare the yield of nanoparticles after each cycle of laser-ablation. Further, AuNPs pre/post laser-ablation were assessed for cytotoxicity, protein-corona formation, and cell-uptake by in-vitro studies using RAW264.7, Caco-2 and Neuro-2a cell lines. Aggregates for both the types of AuNPs displayed fragmentation following first cycle of laser-ablation. In addition, AuNPs obtained after fragmentation of the aggregates showed reduction in diameter and reshaping, as compared to native AuNPs. The size and shape of the nanoparticles after second and third cycle of laser-ablation was same as that obtained after first cycle of ablation. Both laser-ablated and native AuNPs showed similar effects on viability of RAW 264.7 and Caco-2 cells, after 24h and 48h of exposure. Cell-uptake of native and laser-ablated AuNPs was observed to be a size dependent phenomenon. Present findings showed that nanosecond laser ablation of cryoaggregated AuNPs lead to changes in the physical properties of AuNPs post ablation like size and shape, however, biological interaction with cells remained same. This work is first report on biological interactions of AuNPs generated via laser-ablation of cryoaggregated AuNPs.

© 2020 IOP Publishing Ltd.