Unveiling the mechanisms underlying photothermal efficiency of gold shell-isolated nanoparticles (AuSHINs) on ductal mammary carcinoma cells (BT-474)

Gold nanoparticles are valuable photothermal agents owing to their efficient photothermal conversion, photo bleaching resistance, and potential surface functionalization. Herein, we combined bioinspired membranes with in vitro assays to elicit the molecular mechanisms of gold shell-isolated nanoparticles (AuSHINs) on ductal mammary carcinoma cells (BT-474). Langmuir and Langmuir-Schaefer (LS) films were handled to build bio membranes from BT-474 lipid extract. AuSHINs incorporation led to surface pressure-area (π-A) isotherms expansion, increasing membrane flexibility. Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) of LS multilayers revealed electrostatic AuSHINs interaction with head portions of BT-474 lipid extract, causing lipid chain disorganization. Limited AuSHINs insertion into monolayer contributed to hydroperoxidation of the unsaturated lipids upon irradiation, consistently with the surface area increments of ca. 2.0%. In fact, membrane disruption of irradiated BT-474 cells containing AuSHINs was confirmed by confocal microscopy and LDH leakage, with greater damage at 2.2 × 10^(13) AuSHINs/mL. Furthermore, the decrease in nuclei dimensions indicates cell death through photoinduced damage.

Resumo (português)

Nanopartículas de ouro são agentes fototérmicos valiosos devido à sua eficiente conversão fototérmica, resistência ao fotobranqueamento e potencial funcionalização de sua superfície. Aqui, combinamos membranas bioinspiradas com ensaios in vitro para elucidar os mecanismos moleculares de nanopartículas de ouro recobertas com sílica (AuSHINs) em células de carcinoma ductal mamário (BT-474). Filmes de Langmuir e Langmuir-Schaefer (LS) foram manuseados para construir biomembranas a partir do extrato lipídico da BT-474. A incorporação de AuSHINs levou à expansão das isotermas de área e pressão superficial (π-A), aumentando a flexibilidade da membrana. A espectroscopia do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) de multicamadas LS revelaram interações eletrostáticas das AuSHINs com porções polares dos lipídios da BT-474, causando ainda certa desorganização da cadeia alifática. A inserção limitada de AuSHINs na monocamada contribuiu para a hidroperoxidação dos lipídios insaturados após a irradiação, consistentemente com os incrementos de área superficial de 2,0%. De fato, a ruptura da membrana das células irradiadas de BT-474 contendo as AuSHINs foi confirmada pela microscopia confocal, além do vazamento extracelular da enzima LDH, onde o maior dano foi visto na concentração de 2,2 × 10^(13) AuSHINs/mL. Além disso, a diminuição nas dimensões dos núcleos sugerem a morte celular através de dano fotoinduzido.