مطالعه مقایسه‌ای بارگیری DNA به نانوذرات طلای دارای بار سطحی مثبت و منفی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

1 گروه نانوبیوتکنولوژی، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 گروه ژنتیک، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3 گروه بیوفیزیک، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده
اهداف: نانوذرات طلا عامل‌دارشده با DNA به‌دلیل دارابودن ویژگی‌های منحصربه‌فرد، پتانسیل بالایی برای حل بسیاری از مشکلات همچون تشخیص و درمان بیماری‌های ژنی با استفاده از نانوفناوری فراهم می‌کنند. بسته به هدف هر آزمایش، برهم‌کنش خاصی از DNA با نانوذره مدنظر است که با تغییردادن پارامترهای مختلف قابل دستیابی است. هدف این پژوهش بررسی اثر بار سطحی نانوذرات طلا بر فرآیند اتصال زیستی و نوع اتصالات DNA به سطح و افزایش بارگیری توالی‌های DNA بر سطح نانوذرات طلا بود.

مواد و روش‌ها: دو نوع نانوذره با قطر حدود ۳۰نانومتر و بار سطحی مثبت و منفی سنتز شد. فرآیند اتصال زیستی نانوذرات با استفاده از سه غلظت مختلف از DNA انجام شد و با استفاده از اسپکتروسکوپی UV-Vis و فلوئورسانس مورد بررسی قرار گرفت. کمی‌سازی درصد اتصال DNA به سطح هر نانوذره با استفاده از دو روش و با کمک سنجش فلوئورسانس انجام شد.

یافته‌ها: طیف SPR، اتصال DNA به سطح نانوذرات را تایید کرد و به‌خوبی نشان‌دهنده میزان اتصال DNA به سطح نانوذره و نیز اثر بار سطحی نانوذرات بر فرآیند اتصال زیستی بود. سنجش فلوئورسانس، درصد اتصال زیستی در نانوذرات تثبیت‌شده با CTAB را بالاتر و غیراختصاصی‌تر از نانوذرات تثبیت‌شده با سیترات نشان داد.

نتیجه‌گیری: بسته به بار سطحی نانوذرات طلا، اتصالات DNA به سطح با برهم‌کنش‌ها و مقادیر متفاوت از بارگیری رخ می‌دهد. با توجه به هدف این پژوهش، نانوذرات طلا تثبیت‌شده با سیترات و استفاده از غلظت بالای DNA، برای رسیدن به این هدف مناسب بودند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


1- Liu X, Atwater M, Wang J, Huo Q. Extinction coefficient of gold nanoparticles with different sizes and different capping ligands. Colloids Surf B Biointerfaces. 2007;58(1):3-7. [DOI:10.1016/j.colsurfb.2006.08.005]
Das M, Shim KH, An SSA, Yi DK. Review on gold nanoparticles and their applications. Toxicol Environ Health Sci. 2011;3(4):193-205. [Link] [DOI:10.1007/s13530-011-0109-y]
Amendola V, Meneghetti M, Stener M, Guo Y, Chen S, Crespo P, et al. Physico-chemical characteristics of gold nanoparticles. Gold Nanopart Anal Chem. 2014;66:81-152. [Link] [DOI:10.1016/B978-0-444-63285-2.00003-1]
Yeh Y, Creran B, Rotello VM. Gold nanoparticles: preparation, properties, and applications in bionanotechnology. Nanoscale. 2012;4(6):1871-80. [Link] [DOI:10.1039/C1NR11188D]
Love JC, Estroff LA, Kriebel JK, Nuzzo RG, Whitesides GM. Self-assembled monolayers of thiolates on metals as a form of nanotechnology. Chem Rev. 2005;105(4):1103-69. [Link] [DOI:10.1021/cr0300789]
Hurst SJ, Lytton-Jean AK, Mirkin CA. Maximizing DNA loading on a range of gold nanoparticle sizes. Anal Chem. 2006;78(24):8313-8. [Link] [DOI:10.1021/ac0613582]
Rosi NL, Giljohann DA, Thaxton CS, Lytton-Jean AK, Han MS, Mirkin CA. Oligonucleotide-modified gold nanoparticles for infracellular gene regulation. Science. 2006;312(5776):1027-30. [Link] [DOI:10.1126/science.1125559]
Li F, Zhang H, Dever B, Li XF, Le XC. Thermal stability of DNA functionalized gold nanoparticles. Bioconjug Chem. 2013;24(11):1790-7. [Link] [DOI:10.1021/bc300687z]
Hornos Carneiro MF, Barbosa F. Gold nanoparticles: a critical review of therapeutic applications and toxicological aspects. J Toxicol Environ Heal Part B Crit Rev. 2016;19(3-4):129-48. [Link] [DOI:10.1080/10937404.2016.1168762]
Wong AC, Wright DW. Size-dependent cellular uptake of DNA functionalized gold nanoparticles. Small. 2016;12(40):5592-600. [Link] [DOI:10.1002/smll.201601697]
Carnerero JM, Jimenez-Ruiz A, Castillo PM, Prado-Gotor R. Covalent and non-covalent DNA-gold-nanoparticle interactions: new avenues of research. Chemphyschem. 2017;18(1):17-33. [Link] [DOI:10.1002/cphc.201601077]
Elghanian R, Storhoff JJ, Mucic RC, Letsinger RL, Mirkin CA. Selective colorimetric detection of polynucleotides based on the distance-dependent optical properties of gold nanoparticles. Science. 1997;277(5329):1078-81. [Link] [DOI:10.1126/science.277.5329.1078]
Zhao X, Tapec-Dytioco R, Tan W. Ultrasensitive DNA detection using highly fluorescent bioconjugated nanoparticles. J Am Chem Soc. 2003;125(38):11474-5. [Link] [DOI:10.1021/ja0358854]
Xu H, Wu H, Huang F, Song S, Li W, Cao Y, et al. Magnetically assisted DNA assays: high selectivity using conjugated polymers for amplified fluorescent transduction. Nucleic Acids Res. 2005;33(9):e83. [Link] [DOI:10.1093/nar/gni084]
Stokes RJ, Macaskill A, Lundahl PJ, Smith WE, Faulds K, Graham D. Quantitative enhanced Raman scattering of labeled DNA from gold and silver nanoparticles. Small. 2007;3(9):1593-601. [Link] [DOI:10.1002/smll.200600662]
Cao YC, Jin R, Mirkin CA. Nanoparticles with Raman spectroscopic fingerprints for DNA and RNA detection. Science. 2002;297(5586):1536-40. [Link] [DOI:10.1126/science.297.5586.1536]
Rezaei Z, Ranjbar B. Ultra‐sensitive, rapid gold nanoparticle‐quantum dot plexcitonic self‐assembled aptamer‐based nanobiosensor for the detection of human cardiac troponin I. Eng Life Sci. 2016;17(2):1-29. [Link] [DOI:10.1002/elsc.201500188]
Grabar KC, Freeman RG, Hommer MB, Natan MJ. Preparation and characterization of Au Colloid monolayers. Anal Chem. 1995;67(4):735-43. [Link] [DOI:10.1021/ac00100a008]
Liu J, Lu Y. Preparation of aptamer-linked gold nanoparticle purple aggregates for colorimetric sensing of analytes. Nat Protoc. 2006;1(1):246-52. [Link] [DOI:10.1038/nprot.2006.38]
Pedersen DB, Duncan EJS. Surface plasmon resonance spectroscopy of gold nanoparticle- coated substrates. Tech Rep. 2005;109:1-46. [Link]
Su KH, Wei QH, Zhang X, Mock JJ, Smith DR, Schultz S. Interparticle coupling effects on plasmon resonances of nanogold particles. Nano Lett. 2003;3(8):1087-90. [Link] [DOI:10.1021/nl034197f]
Ghosh SK, Nath S, Kundu S, Esumi K, Pal T. Solvent and ligand effects on the localized surface plasmon resonance (LSPR) of gold colloids. J Phys Chem B. 2004;108(37):13963-71. [Link] [DOI:10.1021/jp047021q]
Pamies R, Cifre JGH, Espín VF, Collado-González M, Baños FGD, de la Torre JG. Aggregation behaviour of gold nanoparticles in saline aqueous media. J Nanopart Res. 2014;16(4):2375-6. [Link] [DOI:10.1007/s11051-014-2376-4]
Hill HD, Millstone JE, Banholzer MJ, Mirkin CA. The role radius of curvature plays in thiolated oligonucleotide loading on gold nanoparticles. ACS Nano. 2009;3(2):418-24. [Link] [DOI:10.1021/nn800726e]
Parak WJ, Pellegrino T, Micheel CM, Gerion D, Williams SC, Alivisatos AP. Conformation of oligonucleotides attached to gold nanocrystals probed by gel electrophoresis. Nano Lett. 2003;3(1):33-6. [Link] [DOI:10.1021/nl025888z]
Maxwell DJ, Taylor JR, Nie S. Self-assembled nanoparticle probes for recognition and detection of biomolecules. J Am Chem Soc. 2002;124(32):9606-12. [Link] [DOI:10.1021/ja025814p]