Sintesi e caratterizzazione delle nanoparticelle d'oro dell'anfifile

Il guscio di ligando di nanoparticelle d’oro può essere progettato per esibire diverse proprietà che possono essere applicate per affrontare le sfide in biomedicina^1,2,3,4. Tale versatilità consente il controllo delle interazioni intermolecolari tra nanoparticelle e biomolecole^5,6,7. L’idrofobicità e la carica svolgono un ruolo decisivo, così come altri parametri di superficie che influenzano il modo in cui le nanoparticelle interagiscono con le biomolecole^5,8,9. Per ottimizzare le proprietà superficiali delle nanoparticelle, la scelta delle molecole tiolate che compongono il guscio del ligando offre una miriade di possibilità, secondo le caratteristiche ricercate. Ad esempio, una miscela di molecole di ligandocon gruppi finali idrofobici e idrofili (ad esempio, caricata) viene spesso utilizzata per generare nanoparticelle anfifili 10^,11.

Un esempio prominente di questo tipo di nanoparticelle è protetto da una miscela di nanoparticelle OT e MUS (qui chiamata NANOparticelle MUS:OT) che ha dimostrato di possedere molte proprietà rilevanti^12,13,14. In primo luogo, con una composizione di guscio di ligando del 66% MUS (in seguito 66:34 MUS:OT), la stabilità colloidale delle nanoparticelle è elevata, raggiungendo fino al 33% di peso nell’acqua deionizzata, così come nella salina tampone fosfata (1x, 4 mM fosfato, 150 mM NaCl)¹⁵. Inoltre, queste particelle non precipitano a valori di pH relativamente bassi: ad esempio, a pH 2.3 e con concentrazioni di sale di 1 M NaCl¹⁵, queste nanoparticelle rimangono colloidalmente stabili per mesi. Il rapporto stoichiometrico tra le due molecole sul guscio del ligando è importante perché detta la stabilità colloidale nelle soluzioni con un’elevata resistenza ionica¹⁶.

Queste particelle hanno dimostrato di attraversare la membrana cellulare senza porating esso, attraverso un percorso indipendente dall’energia^1,12. La fusione spontanea tra queste particelle e bistrati lipidici è alla base della loro diffusività attraverso le membrane cellulari¹⁷. Il meccanismo alla base di questa interazione è la minimizzazione del contatto tra una superficie idrofobica accessibile dal solvente e molecole d’acqua dopo la fusione con bistrati lipidi18 . Rispetto alle nanoparticelle all-MUS (nanoparticelle che hanno solo il ligando MUS sul guscio), la maggiore idrofobicità sulle nanoparticelle miste MUS:OT (ad esempio, a una composizione MUS:OT 66:34) aumenta l’intervallo del diametro del nucleo che può fondersi con i lipidi bistrati¹⁸. Diverse organizzazioni di auto-assemblaggio del guscio di ligando sono correlate a modalità di legame distinte di nanoparticelle 66:34 MUS:OT con varie proteine, come albumina e ubiquitina, rispetto alle particelle all-MUS¹⁹. Recentemente, è stato riferito che le nanoparticelle 66:34 MUS:OT possono essere utilizzate come un agente antivirale ad ampio spettro che distrugge irreversibilmente i virus a causa di attacchi elettrostatici multivalenti di leganti MUS e accoppiamenti non locali di leganti OT al capside proteine¹⁴. In tutti questi casi, è stato scoperto che il contenuto idrofobico, così come la dimensione del nucleo delle nanoparticelle, determina come avvengono queste interazioni bio-nano. Queste diverse proprietà delle nanoparticelle MUS:OT hanno spinto molti studi di simulazione al computer che miravano a chiarire i meccanismi alla base delle interazioni tra particelle MUS:OT e varie strutture biologiche come i bistrati lipidici²⁰.

La preparazione delle nanoparticelle Au protette da MUS:OT pone alcune sfide. In primo luogo, il ligando caricato (MUS) e il ligando idrofobico (OT) sono immiscibili. Pertanto, la solubilità delle nanoparticelle e dei ligandi deve essere presa in considerazione in tutta la sintesi, così come durante la caratterizzazione. Inoltre, la purezza delle molecole di ligando MUS, in particolare il contenuto di sali inorganici nel materiale di partenza, influenza la qualità, la riproducibilità, nonché la stabilità colloidale a breve e lungo termine delle nanoparticelle.

Qui, una sintesi dettagliata e la caratterizzazione di questa classe di nanoparticelle d’oro anfihiphilico protette da una miscela di MUS e OT sono delineate. Un protocollo per la sintesi del ligando MUS caricato negativamente è segnalato per garantire la purezza e, quindi, la riproducibilità di diverse sintesi di nanoparticelle. Quindi, la procedura per generare queste nanoparticelle, sulla base di una sintesi comune di una fase, seguita da una purificazione approfondita, è riportata in dettaglio. Varie tecniche di caratterizzazione necessarie²¹, come TEM, UV-Vis, TGA e NMR, sono state combinate per ottenere tutti i parametri necessari per qualsiasi ulteriore esperimento biologico.