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Enhancing Phototoxicity in Human Colorectal Tumor Cells Through Nanoarchitectonics for Synergistic Photothermal and Photodynamic Therapies

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Autor(es):
de Almeida Jr, Alexandre Mendes ; Ferreira, Andree Satoshi ; Camacho, Sabrina Aleessio ; Moreira, Lucas Gontijo ; de Toledo, Karina Alves ; Oliveira, Osvaldo N. ; Aoki, Pedro Henrique Benites
Número total de Autores: 7
Tipo de documento: Artigo Científico
Fonte: ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES; v. 16, n. 18, p. 10-pg., 2024-04-23.
Resumo

Phototherapies are promising for noninvasive treatment of aggressive tumors, especially when combining heat induction and oxidative processes. Herein, we show enhanced phototoxicity of gold shell-isolated nanorods conjugated with toluidine blue-O (AuSHINRs@TBO) against human colorectal tumor cells (Caco-2) with synergic effects of photothermal (PTT) and photodynamic therapies (PDT). Mitochondrial metabolic activity tests (MTT) performed on Caco-2 cell cultures indicated a photothermal effect from AuSHINRs owing to enhanced light absorption from the localized surface plasmon resonance (LSPR). The phototoxicity against Caco-2 cells was further increased with AuSHINRs@TBO where oxidative processes, such as hydroperoxidation, were also present, leading to a cell viability reduction from 85.5 to 39.0%. The molecular-level mechanisms responsible for these effects were investigated on bioinspired tumor membranes using Langmuir monolayers of Caco-2 lipid extract. Polarization-modulation infrared reflection-absorption spectroscopy (PM-IRRAS) revealed that the AuSHINRs@TBO incorporation is due to attractive electrostatic interactions with negatively charged groups of the Caco-2 lipid extract, resulting in the expansion of surface pressure isotherms. Upon irradiation, Caco-2 lipid extract monolayers containing AuSHINRs@TBO (1:1 v/v) exhibited ca. 1.0% increase in surface area. This is attributed to the generation of reactive oxygen species (ROS) and their interaction with Caco-2 lipid extract monolayers, leading to hydroperoxide formation. The oxidative effects are facilitated by AuSHINRs@TBO penetration into the polar groups of the extract, allowing oxidative reactions with carbon chain unsaturations. These mechanisms are consistent with findings from confocal fluorescence microscopy, where the Caco-2 plasma membrane was the primary site of the cell death induction process. (AU)

Processo FAPESP: 18/14692-5 - Terapia fototérmica mediada por nanopartículas de ouro: de sistemas modelos de biomembranas ao cultivo in vitro de células tumorais
Beneficiário:Sabrina Aléssio Camacho
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Processo FAPESP: 20/15854-9 - Modulando reações fotoquímicas em monocamadas lipídicas de Escherichia coli com mecanismos de inserção dos fotossensibilizadores eosina decil éster e azul de toluidina-O
Beneficiário:Lucas Gontijo Moreira
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
Processo FAPESP: 14/11408-3 - EMU concedido no processo 2013/14262-7: microscópio confocal
Beneficiário:Osvaldo Novais de Oliveira Junior
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Equipamentos Multiusuários
Processo FAPESP: 22/02189-2 - Nanoestruturas plasmônicas para sinergia das terapias fotodinâmica (TFD) e fototérmica (TFT) em células tumorais
Beneficiário:Pedro Henrique Benites Aoki
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Projeto Inicial
Processo FAPESP: 18/22214-6 - Rumo à convergência de tecnologias: de sensores e biossensores à visualização de informação e aprendizado de máquina para análise de dados em diagnóstico clínico
Beneficiário:Osvaldo Novais de Oliveira Junior
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
Processo FAPESP: 21/14500-1 - Em direção a convergência das terapias fotodinâmica (TFD) e fototérmica (TFT) em cultivo in vitro de células derivadas de melanoma
Beneficiário:Mirella Boaro Kobal
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
Processo FAPESP: 23/01999-3 - Modificações fotoinduzidas desencadeadas pelo rosa de bengala em sistemas bioinpirados e in vitro
Beneficiário:André Satoshi Ferreira
Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Mestrado