金ナノクラスターの生物医学的応用：最近の発展と将来の展望

背景

最近の生物医学的応用は、ナノサイエンスとナノテクノロジーの発展におけるナノ材料の重要な役割を明らかにしました[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]。バルク材料と比較して、ナノ材料は独特の物理的および化学的特性を示しており、有望なビルディングブロックになっています[11、12、13、14、15、16、17、18]。さまざまなナノ材料の中で、数百の金原子までのサイズを持つ特定の種類の金ナノ材料、金ナノクラスター（AuNC）は、明確な構造、容易な表面改質、および非常に安定した光学特性により、生物医学アプリケーションで広く研究されています。 [19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34]。明確な表面プラズモン共鳴がない場合、AuNCは可視から近赤外までの広い領域で蛍光を示し、寿命が長く、ストークスシフトが大きくなります[35、36、37]。イメージング、検出、および治療の分野の生物医学的応用における蛍光プローブとしてのAuNCの使用に多大な努力が払われてきた[38,39,40]。有機フルオロフォアや量子ドットと比較して、蛍光AuNCは、長期イメージング、高感度検出、およびターゲット特異的治療において、高い適合性、優れた光安定性、および優れた水溶性を示しています[41,42,43,44,45、 46,47,48,49]。蛍光プローブとしてのAuNCの集中的な開発は、イメージング、検出、および治療のアプリケーションに大きな影響をもたらしました。

近年、生物医学的応用におけるAuNCの広範な開発が達成されています。分析アプリケーションの観点からのAuNCのいくつかの優れたレビューペーパーは、薬物、環境汚染物質、および生物学的サンプルの分析に焦点を合わせています[50、51、52、53]。このレビューでは、イメージング、検出、および治療のアプリケーションで、小分子、ポリマー、および生体高分子を含む3種類のリガンドと結合したAuNCの使用に関する最近の進歩を強調しました。基礎研究と生物医学的応用のためのAuNCの関連する課題と将来の展望も、「結論」で提供されました。

小分子共役AuNC

小分子は、AuNCを調製するためのリガンドとして広く適用されています。表面上の小分子の共役により、AuNCはイメージングと検出のためのさまざまな機能を示してきました。たとえば、金ナノクラスター（DPA-AuNCs）と結合したd-ペニシラミンは、サイズが小さく、コロイド安定性が高く、明るさなどの非常に優れた特性を備えているため、蛍光プローブとして非常に優れた視点を持ち、生物学的イメージングに利用できます。ヒト癌（HeLa）細胞は、DPA-AuNCの内在化によって画像化されました。次に、癌細胞をDPA-AuNCと2時間インキュベートした後、共焦点顕微鏡を使用して、2光子励起技術で細胞を画像化しました[54]。膜色素DiDを参照として使用し、DPA-AuNCとDiD色素の両方の発光強度をそれぞれ緑色と赤色で収集しました。ナノ粒子の摂取によりHeLa細胞から放出される明るい発光を図1aに示します。また、3D再構成では、図1b [55]に示すようにさまざまなz位置でさまざまな画像が撮影されました。

a 共焦点顕微鏡によるDPA-AuNCとの2時間のインキュベーション後のHeLa細胞の画像。 b 内部化されたDPA-AuNCを断面図で表示する3D画像[55]。 DPA-AuNCと膜色素DiDの色は、それぞれ緑と赤で示されています

ジヒドロリポ酸（DHLA）-AuNCは、蛍光寿命イメージング（FLIM）アプリケーションを初めて調査するためにHeLa細胞に取り込まれました。 DHLA-AuNCを含まないHela細胞は、1.5〜4nsの寿命で自家蛍光を示しました。 Hela細胞の強度と寿命の画像を図2a、bに示します。しかし、Hela細胞をDHLA-AuNCに1時間曝露した後、細胞は500〜800nsの長い蛍光寿命を示す発光発光を示しました。 DHLA-AuNCを使用したHela細胞の強度とFLIM画像を図2c、d [56]に示します。

強度（ a 、 c ）およびFLIM（ b 、 d ）Hela細胞のみの画像（ a 、 b ）およびDHLA-AuNCと1時間インキュベートしたHela細胞（ c 、 d ）。すべてのスケールバーは10μmです[56]

王ら。 HepG2（ヒト肝癌細胞株）などの癌性細胞株、K562（白血病細胞株）をマイクロモル濃度のクロロ金酸（生体適合性分子Au（III）種）溶液とインキュベートすると、AuNCがこれらの細胞によって自発的に生合成されることがわかりました行[57]。しかし、この現象は、コントロールとして利用された非癌性細胞株、L02（ヒト胚肝細胞）では起こりませんでした。結果として、上記の方法は、腫瘍のインビボ自己バイオイメージングのための新しい方法として征服することができる。近赤外蛍光を有する別のトリプシン安定化金ナノクラスター（try-AuNCs）は、Liuらによって合成されました。二重の目的のため;適用性の1つには、表面プラズモン増強エネルギー移動（SPEET）に基づいて構築されたヘパリンのバイオセンシングが含まれ、もう1つには、in vivo癌蛍光イメージング用の葉酸（FA）修飾try-AuNCが含まれます（図3）。 try-AuNCが持つ高いターゲティング能力を備えたSPEETモードとinvivo癌イメージングは​​、生体分子をバイオセンシングするための多機能生体材料として計り知れない可能性を示しました[58]。

表面プラズモン増強エネルギー伝達バイオセンサーおよびinvivo癌イメージングバイオプローブとしての近赤外蛍光トライ-AuNC [58]

o-キノン含有配位子は、第二鉄（Fe ³⁺ ）と錯体を形成することが知られています。 ）イオン[59、60]。そのため、リガンドとしてドーパキノンを含むAuNCは、Hoらによって開発および評価されました。 Fe ³⁺ の検知用 Fe ³⁺ 間の複合体形成のメカニズムに基づく 溶液中のドーパキノンのイオンとo-キノン部分。研究から、Fe ³⁺ の存在下でAuNCが凝集することにより、500nmを超える寸法の大きな複合体が形成されることがわかりました。 イオン。したがって、AuNCはFe ³⁺ の検出に使用できます。 水およびその他の液体中のイオン[61]。

酸性官能基は、金属イオンおよびバイオチオールと安定した錯体を形成すると報告されています。同様に、11-メルカプトウンデカン酸結合金ナノクラスター（MUA-AuNC）は、Hg ²⁺ を感知すると考えられていました。 AuNCのセンシング適用性の1つと見なすことができる溶液およびビチオール中のイオン[62、63]。 Hg ²⁺ と複合体を形成したMUA-AuNCの蛍光強度 イオンを図4に示します[64]。さらに、Hg ²⁺ の複合体 -チオールはHg ²⁺ よりも安定していると報告されています -COOH複合体[65]。したがって、MUA-AuNCの複合体を使用してビチオールを検出しました。これは、さまざまな溶液中の金属イオンの検知における別のアプリケーションであるとさらに見なすことができます[64]。

a 170μMHg ²⁺ がない場合のMUA-AuNCの蛍光強度 。 b Hg ²⁺ の凝集 170μMHg ²⁺ の存在下でMUA-AuNCのCOOHグループを使用 。 c Bのサンプルに10mMシステインを添加した後の蛍光強度[64]

バンコマイシンで安定化された金ナノクラスター（Van-AuNC）は、Yu etalによって設計および合成されました。 Fe ³⁺ の検出用 環境サンプル分析への応用の1つとして、水道水、湖水、河川水、および海水に含まれています[66]。キトサンで官能化された金ナノクラスター（AuNCs @ Chi）は、硫化水素（H ₂ ）の検出材料として使用するために製造および開発されました。 S）Förster共鳴エネルギー移動（FRET）メカニズムを採用する[67]。研究者がH ₂ を検出する理由 Sは、硫化水素が血管拡張[68、69]、抗炎症[70、71]、神経伝達[72]を含む多くの生物学的プロセスに関与していることです。

Liu etal。リジンとシステイン（アミノ酸）の検出と検知に利用された、高い選択性、迅速な応答、優れた光安定性を備えたグルタチオン（GSH）安定化金ナノクラスター（GSH-AuNC）の合成の基礎を築きました[73]。 。最近、FRET（Forster共鳴エネルギー移動）アセンブリがYuらによって開発されました。グルタチオン（AuNCs @ GSH）でキャップされた金ナノクラスターを使用します。このアセンブリは、システイン関連疾患の診断に将来使用される可能性のあるアミノ酸システインに対して高度に選択的であることがわかりました[74]。システインリッチタンパク質テンプレートAuNCは、銀（I）イオンを使用して調製しました。ケラチンは、髪、羊毛、羽毛などに豊富に含まれるシステインリッチ構造タンパク質です。したがって、銀イオンベースのケラチンテンプレートAuNCを合成し、水銀イオン（Hg ²⁺ ）のセンシングアプリケーションについて評価しました。 ）[75]。水銀イオン（Hg ^{2 +）} を高感度で検出するためのレシオメトリック蛍光センサーであるジチオスレイトール（DTT）で機能化されたデュアルエミッションカーボンドット-ゴールドナノクラスター（C-AuNC）に基づく 水中のサンプルが最近報告されました[76]。上記の2つの報告されたAuNCのアプリケーションは、水質を監視するために非常に重要な役割を果たす可能性があります。コバルトイオン（Co ²⁺ ）の検出について、シクロデキストリンでキャップされたAuNCが報告されています。 ）および蛍光ベースの選択的かつ高感度のCo ²⁺ を表示します イオンセンシング。 Co ²⁺ の検知中に、AuNCの細胞内在化も観察されました。 イオン[77]。

最近、GSHの生体適合性表面リガンドと結合した超小型AuNCが、癌放射線治療用の代謝可能で効率的な放射線増感剤として合成されました[78]。 GSH-AuNCの超小型ナノコンストラクトは、Auコアからの強力な放射線治療の強化や表面コーティングGSHからの優れた生体適合性などの魅力的な特性を明らかにしました。さらに、GSH-AuNCは、透過性と保持効果の向上により腫瘍に優先的に蓄積され、はるかに大きな金ナノ粒子よりも癌の放射線治療が強力に強化されます。強化された放射線療法は、Au ₂₅ の光電効果とコンプトン散乱によって引き起こされたDNA損傷という事実に起因する可能性があります。 ナノクラスター。 GSH-AuNCを放射線増感剤として使用することにより、U14腫瘍の体積と重量の著しい減少が達成されました。さらに、治療後、GSH-AuNCは腎臓によって効率的に除去され、Au ₂₅ の蓄積による潜在的な副作用を最小限に抑えることができます。 動物モデルのナノクラスター。

ポリマー共役AuNC

ポリマーはまた、生物医学的用途におけるAuNCの調製のための重要なリガンドとして浮上している。たとえば、AuNCは、光安定性の高い候補であることが判明し、正常（臍帯血単核細胞; CBMC）および造血細胞の標識に使用された多座チオエーテル末端ポリ（メタクリル酸）（PTMP-PMAA）リガンドでキャッピングすることによって調製されました。 （K562がん細胞）（図5）[79]。結果から、癌細胞はこれらの分子を正常細胞よりもはるかに多く摂取していることが明らかになりました[80]。金ナノ粒子は、造血系の一部である顆粒球やリンパ球などのより成熟した細胞に容易に浸透することが報告されています[81]。同様に、AuNCは、造血系および慢性骨髄性白血病などの関連する癌における選択的標識、イメージング、および標的化ドラッグデリバリーにも適用できます。

AuNCと量子ドット（QD）による正常細胞と癌細胞の標識[79]

Aldeek etal。ポリ（エチレングリコール）短鎖または双性イオン基のいずれかと結合したリポ酸アンカー基からなる二座配位子を使用して、蛍光ポリエチレングリコールおよび双性イオンで官能化された金ナノクラスターを設計しました[82]。生物学におけるこれらのナノクラスターの役割を決定するために、pH依存性の安定性や過剰な塩の存在下での安定性などのさまざまなテストが実行されました。著者によって与えられた仮説は、これらのテストが生物学におけるイメージングとセンシングのための蛍光プラットフォームとしてこれらのAuNCの使用に関連していることを明らかにしています。さまざまな生物学的異常がpHに関連しており、したがって、癌転移、慢性疲労、うつ病などのいくつかの疾患の進行の指標を提供できることが報告書にさらに記載されています[83、84]。これらのクラスターは、タンパク質や核酸の物理的挙動を管理するとも考えられています[85,86,87]。これらのクラスターの追加の利点の1つは、in vivo（深部組織）イメージングでの使用です。 Chen etal。葉酸過剰発現癌細胞の検出と治療を含む診断活動のためのナノコンポジットの形で光安定性と生体適合性があることがわかった発光AuNCを含むpH依存性両親媒性ポリマーシステムを開発しました[88]。発光性AuNCは、両親媒性共重合体（poly（DBAM-co-NASco-HEMA）（PDNH））で拘束され、L-nAuNCs / FA修飾PDNH（またはL-AuNCs / FA-PDNH）ナノコンポジットを形成しました。さらに、疎水性薬物パクリタキセルはL-AuNCs / FA-PDNHと組み合わせられているため、癌のイメージングと治療の両方に利用できます（図6）。

イメージングおよび治療用のL-AuNCs / FA-PDNHナノコンポジットの製造[88]

ポリカチオンで機能化された水溶性ポリエチレンイミン金ナノクラスター（PEI-AuNC）は、細胞イメージングとともに適切で安全な遺伝子治療アプリケーションのために設計および合成されました[89]。 PEI-AuNCの魅惑的な光学特性により、これらのクラスターはバイオイメージングの有望な候補として報告されています。これは、癌細胞株（HepG2）をPEI-AuNCとインキュベートすることで確認され、顕著なフォトルミネッセンスと強い強い赤色蛍光を示す細胞を示しました。葉酸（ターゲティングリガンド）（FA-Ova-AuNCs）およびホモポリマー N と結合した卵白（蛍光プローブ）によって保護された金ナノクラスター -リンカーとしてのアクリルオキシスクシンイミドは、Qiaoらによって開発されています。がん細胞のイメージングによるがんの検出に利用されました（図7）。葉酸受容体はHeLa細胞で過剰発現しているため、Hela細胞はFA-Ova-AuNCを摂取すると考えられています。この研究では、FA-Ova-AuNCによるHeLa細胞の特異的染色が実証されています[90]。

がん細胞イメージング用のFA-Ova-AuNCの形成の概略図[90]

検出への応用のために、マクロポーラスポリマーフィルム中の高リン光分子金（I）クラスターが設計され、比色検出技術によるシアン化物の検出のために合成されました。金のナノクラスターは、赤ワイン、コーヒー、ジュース、土壌中のシアン化物イオンを検出するために使用できます。シアン化物は非常に有毒で危険であり、死に至る可能性があるため[91]、環境、水、および食品中のシアン化物レベルを決定するのに役立つ、選択性が高く、感度が高く、費用効果の高いセンサーを見つける必要がありました[92]。 。したがって、この金のナノクラスターは、多くの命を救うのに役立つ可能性のある祝祷として機能する可能性があります[93]。

生体高分子-共役AuNCs

チオール基を持つ生体高分子は、さまざまな生物医学的用途でAuNCを調製するために一般的に使用されるリガンドとしても適用されています。最近、トランスフェリン（Tf）で官能化された金ナノクラスター（Tf-AuNCs）/酸化グラフェン（GO）ナノコンポジット（Tf-AuNCs / GO）が、バイオイメージングに利用できるターンオン近赤外（NIR）蛍光プローブとして製造されました。癌細胞および小動物の分析[94]。癌細胞上のTf受容体（TfR）を画像化するためのNIR蛍光プローブの能力は、2つの異なる癌細胞株、すなわち、Hela（TfRの高発現レベル）とHepG-2（低発現レベル）および1つの正常なマウス細胞株を使用して評価されました（3T3）図8に示すように、TfRのレベルが異なります。蛍光プローブは明らかにHela細胞によってのみ摂取され、4時間のインキュベーション後に顕著な蛍光が観察されました。

TfR過剰発現を伴う癌細胞におけるバイオイメージングのためのターンオンNIR蛍光プローブとしてのTf-AuNCs / GOコンジュゲーションの作製[94]

Sahoo etal。は、ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）の場合と同様に、単一の加熱および冷却サイクルを使用して、DNA上で高輝度AuNCの迅速なワンステップグリーン合成（2分）を開発しました。発光ナノクラスターの強度はDNAの数とともに増加することがわかり、DNAを定量化する簡単な方法を提供します（図9）。 DNA定量化のための強力な蛍光プローブとして、AuNCの機能は、HeLaとA549を含む2つの異なる癌細胞株で示されています[95]。 AuNCの形成は、前駆体（HAuCl ₄ ）の量によって影響を受けることがわかりました。 ）合成で使用されます。発光の強度とナノクラスターの量子結果は、さまざまな量の金で形成されたクラスターの寸法に基づいて表示されます。 AuNCは、A、T、G、およびCで構成される異なる塩基対によって調製され、異なる塩基対の組成と同じシーケンス長に対して同じ発光を生成しました。さらに、DNA量に対するナノクラスターの発光強度依存性の特定は、テストのユニークな方法を提供します。遺伝子増幅と相対的発現の分析が得られます。さらに、AuNCの生体適合性は、色素の従来の細胞毒性特性と比較して、プローブとしての使用をさらに強調しています。さまざまな癌細胞株における遺伝子発現レベルの定量分析を使用して、複雑で強力で高価なPCRエネルギーマシンの代替として、シンプルでポータブルで低コストの機器を実証できます。さらに、シグナル生成剤として発光AuNCを使用することで、このツールは、切り替え可能なホルダーと特別に設計されたソフトウェアを使用して、逆転写酵素PCRと複数の遺伝子/タンパク質のアレイベースの分析を同時に可能にします。 HeLaがん細胞のアポトーシスに関連する遺伝子プロファイルを評価し、グルタチオン- S の発現を測定するために、デバイスとアプローチが開発されました。 -トランスフェラーゼ（GST）タンパク質およびGSTタグ付きヒト顆粒球マクロファージコロニー刺激因子（GSThGMCSF）組換えタンパク質を Escherichiacoli から抽出 [96]。

PCR条件をエミュレートすることによる発光AuNCの合成方法[95]

DNAおよびタンパク質中のAuNCの生体適合性シグナル生成剤の高速調製により、定性的な検出が可能になります。さらに、単一の機器でのDNAおよびタンパク質研究（流体および膜上のサンプル）、PCRアンプリコン分析、および膜ベースの研究の両方に共通のプローブとして、AuNCの合成方法を提供します。この機器は、市販のマシンと比較して95％のPCR増幅効率を実現できます。最も重要なのは、材料がすべて環境に優しいことです。利点を活用して、統合されたツールとアプローチは、ナノテクノロジーと生物学を取り入れた既存の技術への新しいアプリケーションを作成できます。

グエンら。安定化AuNCの二重リガンドを開発し、マトリックス関連マトリックスメタロプロテイナーゼ-9癌を検出するための「ターンオン」蛍光プローブとしてAuNC /グラフェンナノ複合体を製造します[97]。ペプチドとウンデカン酸メルカプトを共テンプレートリガンドとして使用して、AuNCの生物医学的応用のためのスムーズなワンステップ法を調査しました。メタロプロテイナーゼ-9切断部位を持つペプチドは、安定剤として、また酵素センシングのターゲティングリガンドとして機能します。酵素を使用すると、酸化グラフェンの優れた消光特性と無視できるバックグラウンドにより、AuNCs /グラフェンナノ材料は、酵素濃度と高度に相関する強力な「ターンオン」蛍光応答を生成します。ナノマテリアルの検出限界は、酵素で0.15nMです。蛍光ナノ材料は、MCF-7癌細胞から分泌される「ターンオン」メタロプロテイナーゼ-9を高い感度と選択性で検出するために成功裏に実証されました。さらに、蛍光AuNCは、以前の研究と比較して、時間、コスト、および感覚の複雑さを大幅に削減します。このプラットフォームは、環境研究や分析研究など、さまざまな分野でさまざまな生体分子を検出する大きな可能性も示しています。同様に、Song etal。 Zrイオンの配位によって誘導されるリン酸化金ナノクラスターペプチド（AuNC-ペプチド）の選択的凝集に基づいてプロテインキナーゼを検出するための、ラベルフリーで高感度で簡単な方法を開発します[98]。 AuNCは、ペプチドが乱されるのを防ぐ強力な還元剤を含まないペプチドによって調製されました。プロテインキナーゼCK2の活性を測定するためにAuNCペプチドを使用した、ラベルフリー、グリーン、高感度、および単純な蛍光の研究が開発されました。最近確立されたキナーゼ蛍光テストと比較して、AuNCペプチドの使用には、ラベルフリー、グリーン、および単純な実験プロセスなど、いくつかの重要な利点があります。

Selvaprakash etal。低コストの鶏卵白タンパク質（AuNCs @ ew）をスイッチオンセンシングプローブとして使用してAuNCを開発し、アデノシン-50-三リン酸（ATP）やピロリン酸（PPi）などのリン酸含有代謝物を検出します[99]。 ATPやPPiなどのリン酸塩含有分子用の蛍光AuNCプローブを製造するための費用効果が高く簡単なアプローチが得られました。テトラクロロ金を含む安価な卵白を加えることにより、AuNCs @ewはマイクロ波加熱によって簡単に合成できます。この作業では、AuNCs @ ewは、注意深い特性評価を通じて、主にAuNCs @ovalbuminによって支配されています。卵白は糖タンパク質であり、グリシンリガンドが豊富に含まれているため、グリカン結合部位を含むConAの蛍光プローブとしてAuNCs @ ewを使用できる可能性は、Selvaprakashの研究で証明されています。

ウーらウシ血清アルブミン（BSA）とGSHを使用して、それぞれ330nmと650nmで励起と発光を示す金ナノクラスター（BSA / GSH-AuNC）を合成します[100]。このアプローチでは、BSAとGSHは、主にそれぞれ制限剤と還元剤として機能します。 GSHの助けを借りて、光安定性BSA / GSH-AuNCを合成するために必要なのはわずか30μMBSAです。 GSHを使用すると、蛍光タンパク質/ GSH-AuNCの開発に、BSAやトランスフェリンなどの高価なタンパク質を大量に使用する必要がなくなります。この戦略は、タンパク質-AuNCの合成に低コストのアプローチを提供し、確立されたAuNCの精製も簡素化します。ウーらまた、NO ₂ によって引き起こされる消光が ⁻ pH3.0では効率的かつ特異的でした。高い耐塩性、感度、および選択性を備えたBSA / GSH-AuNCは、複雑なNO ₂ の測定に大きな可能性を秘めています。 サンプル。 Cao etal。 AuNCs @ BSAからのpH誘起蛍光変化と、蛍光、円二色性（CD）、およびIRスペクトル測定によるリガンドタンパク質の適切なコンフォメーション変化を調査します。この作業では、AuNCs @ BSAのBSAは、二次および三次構造のレベルで識別可能なコンフォメーション変化を受けます。 CDとIRの結果は、より不規則な構造が得られる極端な酸性度とアルカリ性の2番目の構造からの有意な変化を解釈します[101]。 AuNCs @BSAと元のBSAの間の二次構造変化傾向の違いが示されました。極端なアルカリ性条件（pH 11.43）は、埋もれたらせんへの曝露から変化を引き起こします。さらに、AuNCs @ BSAと元のBSAの間の大きなトリプトファン蛍光ギャップは、金の核がBSAのトリプトファンの近くに住んでいることを意味します。この研究は、共役AuNCにおけるリガンドタンパク質の挙動コンフォメーションを理解するための基礎を築きます。

Ghosh etal。 CDおよびα-キモトリプシン（ChT）の酵素活性に対するAuNCの影響を調査します（基質加水分解に対して、 N -スクシニル-1-フェニルアラニンp-ニトロアニリン）[102]。 CDスペクトルは、AuNCに結合すると、ChTが完全に露出し、ほぼゼロの楕円率を生成することを示しています。 ChTでコーティングされたAuNCは、実質的に酵素活性を示しません。追加のGSHまたは酸化GSHは、ChTの酵素活性を30〜45％回復させます。 ChTの活性は、AuNCの結合表面で不可逆的に失われます。この失われた活動は、ChTがGSHまたは酸化GSHで処理されたAuNCを閉じるときに回復できます。細胞内では、この研究で示されているように、酵素活性はGSHによって復活させることができます。癌細胞はグルタチオンのレベルの上昇を特徴としているため、癌細胞と正常細胞の間で酵素で裏打ちされた金のグループの吸収に違いがあります。

蛍光ガイド下手術の新しい技術は、手術中に組織を切除または保存する必要があるかどうかをオペレーターが決定するのに役立つ手術プロセスに入りました[103]。これらの成果は、患者の転帰を大幅に改善するための癌手術のパラダイムシフトを確立する可能性があります。この分野での最近の研究の進歩は、腫瘍組織切除中に正確なガイドを提供するための蛍光ガイドプローブとして、ジアトリゾ酸および標的特異的AS1411アプタマーと結合した蛍光AuNCの使用に焦点を合わせています。インビボ実験は、分子イメージング造影剤としてAuNCコンジュゲートを使用して、CL1-5担癌マウスの腫瘍位置が鮮明なCT画像から観察されたことを示しています。さらに重要なことに、AuNCコンジュゲートのはっきりと見えるオレンジレッドの蛍光は、術中の蛍光ガイダンスによるCL1-5腫瘍の切除を助けるために利用されています。切除された腫瘍の強力な蛍光増強は、蛍光AuNCコンジュゲートを使用した分子ターゲティングの成功を証明するためのinvivoイメージングシステムデータに基づいています。この作業は、ほとんどの有機物と比較して、長期の蛍光イメージング時間、高い光安定性、デュアルイメージング機能、および特定のターゲット分子による実現可能な表面修飾を提供できる、invivoでのターゲット固有の蛍光AuNCコンジュゲートを使用することの大きな利点を示しています現在使用されている造影剤。さらに、この作業により、機能化されたAuNCを使用した生物医学画像および治療の分野で高度な概念がもたらされました。

結論

全体として、バイオイメージング、検出、および治療への応用のために、小分子、ポリマー、および生体高分子で調製された蛍光AuNCの最近の進歩のミニレビューを提供しました（表1）。これらの研究は、蛍光AuNCが、優れた生体適合性、高い光安定性、および容易な表面修飾などの独自の特性により、有望な蛍光プローブになり得ることを示しています。 AuNCはさまざまな生物医学的アプリケーションで実証されていますが、蛍光量子収率（QY）はまだ低いです（通常は20％未満）。 AuNCのアプリケーションを拡張するための最初の課題は、高蛍光QYを備えたAuNCの準備に焦点を当てています。蛍光QYが低い場合、均一なサイズのAuNCを合成することは、蛍光QYを改善するための代替方法になります。さらに、均一なサイズで、狭い発光スペクトルを持つ蛍光AuNCは、生物医学的アプリケーションでの利点を増やします。 AuNCの2番目の課題は、AuNCの化学的および物理的特性が表面修飾によって大きく影響を受ける可能性があるため、表面のリガンドの制御です。したがって、AuNCの構造、光学特性、および物理化学的特性をよりよく理解するには、AuNCの理論的および実際的な研究が依然として必要です。特に、物理化学的特性については、最近の研究により、AuNCがバイオセンシング、バイオイメージング、および癌治療のための潜在的な蛍光プローブであることが証明されています。したがって、生物医学的応用を実現するために、イメージング、検出、および治療におけるAuNCの生物医学的応用を推進するための多くの作業がまだあります。全体として、多大な努力により、AuNCは、近い将来、生物医学的応用における重要な蛍光プローブとして機能すると信じています。

略語

AuNC：

金ナノクラスター

BSA：

ウシ血清アルブミン

CBMC：

臍帯血単核細胞

CD：

円二色性

Chi：

キトサン

ChT：

キモトリプシン

DHLA：

ジヒドロリポ酸

DPA：

D-ペニシラミン

DTT：

ジチオスレイトール

FA：

葉酸

FLIM：

蛍光寿命イメージング

FRET：

フェルスター共鳴エネルギー移動

GSH：

グルタチオン

GST：

グルタチオン- S -トランスフェラーゼ

MUA：

11-メルカプトウンデカン酸

Ova：

卵白アルブミン

PCR：

ポリメラーゼ連鎖反応

PDNH：

ポリ（DBAM-co-NASco-HEMA）

PEI：

ポリエチレンイミン

PPi：

ピロリン酸塩

PTMP-PMAA：

多座チオエーテル末端ポリ（メタクリル酸）

SPEET：

表面プラズモン増強エネルギー移動

Tf：

トランスフェリン

試してみてください：

トリプシン

VAN：

バンコマイシン