식용 균근 균류인 Tricholoma crassum에서 합성된 단백질로 덮인 금 나노 입자의 항균, 세포 사멸 및 암세포 유전자 전달 특성 평가

결과 및 토론

pH 5.5에서 AuNP의 생합성

합성 동안 AuNP의 형성은 표면 플라즈몬 공명(SPR)의 변화로 인해 세포 여과액의 색상이 밝은 노란색에서 보라색으로 변화하는 것으로 나타납니다[23]. 1mM HAuCl₄ 진균 여과액이 없는 용액은 녹황색(Fig. 1a, 'A')이었고 세포 여과액은 T였다. 크라섬 옅은 노란색이었습니다(그림 1a, 'B'). 배양 후 혼합물의 색상은 1시간 이내에 보라색으로 변하여(그림 1a, 'C') AuNPs의 형성을 나타냅니다.

Tricholoma crassum을 사용한 AuNP의 생합성 및 분광 분석. 아 반응 중 색상 변화. A HAuCl₄의 20mM 솔루션 . 나 Tricholoma crassum의 균사체가 없는 세포 여액 . ㄷ 1mM HAuCl₄ AuNP의 합성을 나타내는 보라색을 나타내는 1시간 동안의 24시간 세포 여과액. ㄴ 다양한 배양 기간(24, 48, 72시간)으로 합성된 AuNP의 UV-vis 스펙트럼. 실선 화살표는 24시간 배양 기간 동안 552nm에서 흡수 피크를 보여줍니다. 점선 화살표는 잠복기의 증가에 따른 흡수 최대값의 약간의 빨간색 이동을 보여줍니다. ㄷ 다른 색상을 나타내는 다른 pH에서 합성된 AuNP. d 동일한 UV-vis 스펙트럼. 실선 화살표는 pH 5.5의 552nm에서 흡수 피크를 나타내고 점선 화살표는 pH 증가에 따른 최대 흡수 흡수의 파란색 이동을 나타냅니다.

미생물로부터 나노입자를 생산하는 다른 방법의 한 가지 단점은 시간이 많이 걸리고 유기체가 독소를 생산한다는 것입니다. 이전에는 Phanerochate chrysosporium 무세포 추출물을 사용하여 90분 안에 AuNP를 생성했습니다[3]. 최근 Sporosarcina koreensis를 이용하여 은과 금 나노입자를 생합성하였다. 확장된 1~2일의 반응 시간 사용[24]. 우리 보고서에서 AuNP의 생산 시간은 1시간으로 단축되었습니다.

자외선에서 가시광선까지의 분광기

금속 나노 입자의 광 흡수 스펙트럼은 입자 크기와 모양에 따라 이동하는 모양, 응집 및 SPR에 의해 지배됩니다[25, 26]. 그림 1b는 24시간, 48시간, 72시간에 걸쳐 생성된 세포 여과액과 1mM HAuCl₄로 1시간 배양을 통해 합성된 AuNP의 UV-vis 스펙트럼을 보여줍니다. 용액(pH 5.5). 여기에서 흡광도 피크는 24시간 세포 여과액의 552nm에 있습니다. 552nm에서 처음으로 나타나는 가로 플라즈몬 공명 밴드는 24시간에서 48시간 및 72시간 사이에 빨간색으로 약간 이동하여(그림 1b에 실선 대 점선으로 표시) 흡광도가 점진적으로 증폭된 빨간색 이동을 확인합니다. 피크의 확장은 입자가 다분산되었음을 나타냅니다. ca를 중심으로 한 강한 SPR. 550–560 nm는 콜로이드 금의 전형입니다(그림 1b). 배양 기간(즉, 24시간, 48시간, 72시간)이 증가함에 따라 세포 여과액의 농도가 증가함에 따라 흡광도도 비례하여 증가했습니다. 반응이 28°C에서 완료되었을 때 1시간 후에 평형에 도달했으며 안정화 단백질 코트로 인한 응집의 증거 없이 30일 이상 안정적이었습니다. 이전 연구에서 BSA 코팅된 AuNP는 응집을 나타내지 않았습니다[27]. 24시간 세포 여과액으로 준비된 AuNP를 사용하여 추가 연구가 수행되었습니다.

다양한 pH 및 UV-vis 분광법에서 AuNP의 생합성

AuNP는 3.5, 5.5, 7, 8, 9의 서로 다른 pH에서 합성되어 분홍색에서 진한 보라색으로 변했습니다(그림 1c). UV-vis 분광법은 최대 흡광도를 나타냈고 SPR 파장은 pH 3.5에서 pH 5.5로 증가하여 적색 편이가 발생했습니다. 그러나 pH가 7에서 pH 9로 추가 증가함에 따라 최대 흡광도와 SPR 파장이 감소하여 청색 편이를 나타냈습니다(그림 1d). pH 9의 피크는 진폭이 더 작고 색상이 변하지 않았으며, 이는 소량의 AuNP만 형성되었음을 나타냅니다. 이것은 효소적 생합성이므로 pH 9는 AuNPs 형성에 필요한 효소 반응을 억제했을 것입니다(그림 1d). 다른 pH에서 생성된 나노입자는 실온에서 1개월 후에 응집되지 않았습니다.

다양한 온도, 기질 농도 및 전구체 농도를 사용한 AuNP 생산

생합성 동안의 물리화학적 조건의 최적화는 기능적으로 효율적인 나노입자의 생성에 중요합니다[28]. 더 높은 농도의 여과액을 사용한 합성은 더 많은 색상 강도와 최대 흡광도를 갖는 AuNP 생성 증가를 보여주었습니다(그림 2a, b). x 2 여과액을 사용한 합성에서 최대 국부 표면 플라즈몬 공명(LSPR)의 약간의 파란색 이동이 관찰되었으며 이는 입자 간 거리가 증가하고 클러스터 크기가 감소했음을 나타냅니다[29, 30].

Tricholoma crassum에서 AuNP의 생합성 및 UV-vis 분광법 다른 합성 매개변수를 사용합니다. 아 , b 세포 여과액의 농도가 다릅니다. ㄷ , d 다양한 농도의 HAuCl₄ . 이 , f 다른 반응 온도. 지 , h 어둡고 빛 아래서. 실선 화살표는 × 1 세포 여과액 및 1mM HAuCl₄의 경우 552nm에서 일반적인 흡수 피크를 보여줍니다. 28°C pH 5.5에서 점선 화살표는 최대 흡수의 파란색 이동을 나타내고 점선 화살표는 SPR 밴드의 빨간색 이동을 나타냅니다.

테스트한 염화금의 세 가지 농도(0.5, 1, 2mM) 중 합성은 1mM에서 최대였으며 최대 흡수는 552nm에서 나타났습니다. (그림 2c, d). 28°C가 합성에 최적인 것으로 나타났습니다. 더 높은 온도(75 및 100°C)는 AuNP의 더 빠른 합성을 매개했지만 어두운 색과 최대 흡수의 적색 편이(그림 2e, f)는 28°C에서보다 더 큰 입자를 나타냅니다. 0 및 15°C에서 550~600nm 내에서 발색 또는 흡광도 피크가 없었습니다. 빛의 합성은 더 큰 입자를 의미하는 넓은 피크(그림 2h)와 함께 짙은 보라색 착색(그림 2g)과 흡수 최대값의 적색편이를 초래했습니다. 입자 크기와 수는 DLS로 분석되었습니다(그림 3a-j). 나노입자의 크기와 응집의 이러한 변화는 결합된 유기물의 성질과 양에 따라 달라지며[30] 합성 조건에 따라 다시 달라집니다.

합성된 AuNP의 크기 분포를 보여주는 DLS a × 1 무세포 여과액, 암실에서 28°C에서 1mM HAuCl4, b 조명 아래, c × 0.5 무세포 여과액 포함, d × 2 무세포 여과액 포함, e 0°C, f 15°C에서 g 75°C, h 100°C에서 i 0.5mM HAuCl₄ 포함 및 j 2mM HAuCl₄ 포함

주사 전자 현미경(SEM) 및 투과 전자 현미경(TEM)

SEM은 × 80000 배율에서 작은 크기와 뚜렷한 기하학적 모양의 AuNP를 보여주었습니다(그림 4a). TEM 분석은 직경 2~22nm 크기 범위의 다분산 AuNP를 명확하게 보여주었습니다(그림 4b). 크기 분포 그래프는 5–10 nm 크기 범위의 AuNP가 가장 높은 빈도를 보였고 2–5 nm, 10–15 nm, 15–20 nm, 20–22 nm 순으로 나타났습니다(그림 4c). 이들은 직경이 5nm 이하인 작은 원형 또는 마름모꼴, 육각형, 직육면체, 이등변 삼각형 및 변이 4.36~22.94nm인 거의 정삼각형과 같은 다양한 기하학적 모양이었습니다(그림 4d, e).

AuNP의 전자 현미경. 아 × 80,000의 배율에서 SEM. ㄴ 현미경 필드에서 다양한 크기의 분산된 입자를 보여주는 TEM. ㄷ AuNP의 입자 크기 분포를 보여주는 히스토그램. 다양한 기하학적 모양과 치수가 있는 도식적 표현을 보여주는 개별 AuNP의 확대 보기. d 작은 크기 범위의 구형(왼쪽)과 마름모꼴(오른쪽). 이 왼쪽부터:육각형, 정삼각형, 마름모꼴, 다면체 및 이등변 삼각형

원자력 현미경(AFM)

그림 5a는 분산된 AuNP의 AFM 이미지를 보여줍니다. 2차원 보기(그림 5a)는 입자가 거의 유사한 표면 두께를 가짐을 보여줍니다. 이러한 입자의 높이는 단일 표면 3D AFM으로 시각화되었습니다(그림 5b). 임의의 선형 영역(점선으로 표시, 그림 5c)에 있는 AuNP의 AFM 2D 그래프는 1~4nm 범위의 높이를 보여줍니다. 평면 표면 플라즈몬 밴드는 입자의 두께가 가장자리 길이보다 작음을 나타냅니다.

AuNP의 AFM 및 X선 회절. 아 AFM 이미지:평면도. ㄴ AFM 이미지:3차원 보기. ㄷ AuNPs의 AFM 이미지 및 필드의 점선에 있는 나노 입자 높이에 대한 그래픽 프로필. d 금에 전형적인 피크를 나타내는 나노입자의 X선 회절 패턴

X선 회절 연구(XRD)

입자 박막의 XRD 패턴은 AuNPs만 존재함을 보여주었다. 약 38°에서 강한 회절 피크는 일반적으로 면심입방(FCC) 구조의 {111}면에 기인합니다[3]. 여기에서 XRD 패턴은 FCC 구조에 기인한 38.23에서 지배적인 회절 피크를 보여주었습니다. 다른 4면의 회절 피크는 더 약했습니다. 38.23, 44.31, 64.60, 77.58 및 81.63에서 4개의 별개의 브래그 회절 피크는 AuNP의 것과 밀접하게 일치했습니다(그림 5d, 추가 파일 1:표 S1).

AuNP 농도 계산

나노입자의 농도[15]는 1mM HAuCl₄와 함께 배양된 24시간 세포 여과액으로 생성된 입자의 경우 15.56mg/L인 것으로 밝혀졌습니다. .

병원성 박테리아 및 곰팡이를 이용한 AuNPs의 항균 분석

AuNPs는 식물 병원성 박테리아 및 곰팡이뿐만 아니라 인간 박테리아에 대해 강력한 항균 활성을 나타냈다. 나노 입자의 항균 활성은 AuNP의 양이 증가하는 종이 디스크를 사용하여 분석되었습니다(즉, 0.249, 0.498, 0.747, 0.996 및 1.245μg). 인간 박테리아 E. 대장균 (DH5α), 식물 병원성 박테리아 A. 투메파시앙 (LBA4404) 및 식물 병원성 진균 M. 오리재 사용 된. AuNPs는 가장 낮은 농도에서도 이러한 모든 미생물에 대해 억제되었으며 억제 영역은 입자 농도의 증가에 비례하여 증가했습니다(그림 6). 그림 6a–c는 E의 억제 영역을 보여줍니다. 대장균 (DH5α), A. 투메파시앙 (LBA4404) 및 M. 오리재 , 각각. 그림 6f–h는 사용된 AuNP의 양에 따른 이 세 가지 미생물의 억제 영역 그래프를 보여줍니다. 진균 추출물 단독으로는 억제 효과가 없었다. 세 가지 미생물에 대한 비교 억제 경향은 LBA4404 및 M에 비해 DH5α에 대한 억제 효과가 더 크다는 것을 나타냅니다. 오리재 (추가 파일 2:그림 S1a).

병원성 박테리아, 진균 및 다제내성(MDR) 박테리아에 대한 AuNP의 항균 특성 분석. 아 , f E에 대한 억제 영역이 증가하는 나노입자의 디스크-확산 분석을 보여주는 플레이트 및 해당 그래프. 대장균 . b와 유사한 분석에서 얻은 억제 영역 , 지 아그로박테리움 투메파시엔스 . ㄷ , h Magnaporthe oryzae . d , 나 MDR E. 대장균 . 이 , j MDR A. 투메파시앙 . 모든 실험은 종이 디스크에서 AuNP의 양을 증가시키면서 수행되었습니다. 위에서 시계 방향으로:AuNP의 0.249μg(20%), 0.498μg(40%), 0.747μg(60%), 0.996μg(80%), 1.245μg(100%). 데이터는 3회 반복의 평균 ± SE입니다. 다른 문자는 샘플 간의 통계적으로 유의한 차이를 나타냅니다(P <0.05, Tukey의 HSD 테스트). k의 성장 곡선에 대한 AuNP의 영향 이. 대장균 , 나 A. 투메파시앙 , m MDR E. 대장균 , 및 n MDR A. 투메파시앙 . 별표는 통제할 상당한 차이를 나타냅니다(학생의 t 테스트, 피 <0.05). 오 대조군 A의 현미경 검사법. 투메파시앙 세포. p A. 투메파시앙 AuNP로 처리한 후 세포 무결성의 손실을 나타냄

다제내성 인간 및 식물 병원성 박테리아를 사용한 AuNPs의 항균 활성 분석

다제내성(MDR) DH5α 및 내성 유전자가 있는 플라스미드를 운반하는 LBA4404가 만들어졌습니다. pUC19를 포함하는 MDR DH5α는 100μg/ml 암피실린 및 35μg/ml 클로람페니콜에 내성을 보였습니다. pCAMBIA2301로 형질전환된 LBA4404는 25μg/ml 리팜피신 및 50μg/ml 카나마이신에 내성을 보였습니다. AuNP는 MDR DH5α 및 MDR LBA4404에 대해 강력한 억제 활성을 나타냈습니다(그림 6d, e). 도 6i, j는 나노입자의 농도 증가에 따른 억제의 증가를 나타내는 그래프이다. 두 MDR 박테리아에 대한 억제의 비교 경향은 A에 대한 더 큰 억제 영역을 나타냅니다. 투메파시앙 E.coli에 비해 (추가 파일 2:그림 S1b).

AuNP가 존재하는 시간 경과에 따른 박테리아 성장 분석

AuNP로 처리된 DH5α의 성장 곡선은 대조군 세트와 상당히 달랐습니다(그림 6k, m). DH5α 및 MDRDH5α 대조군 세트에서는 접종 후 2시간 이내에 성장 곡선의 로그 단계가 시작된 반면, AuNP 처리 DH5α 및 MDR DH5α에서는 접종 후 6시간까지 성장이 관찰되지 않았습니다. 대조군과 처리된 세포 모두에서 12시간 후 성장 곡선이 정지기에 도달했지만 처리된 박테리아의 경우 성장이 현저히 감소했습니다. LBA4404 성장 곡선은 AuNP 처리된 세트에서 6시간에 비해 대조군 세트에서 접종 후 4시간에 로그 단계의 개시를 보여주었습니다. MDR LBA4404의 성장 곡선에 대한 유사한 효과가 관찰되었지만 대조군 MDR LBA4404에서는 로그 단계가 2시간 이내에 시작되었습니다(그림 6l, n).

박테리아 세포 형태 및 생존력에 대한 AuNP의 영향

일반적으로 대부분의 나노 입자는 세포막에 효율적으로 부착되어 흡착되어 세포 무결성에 영향을 줄 수 있습니다[31]. 정상 A. 투메파시앙 박테리아는 명확한 윤곽이 있는 막대 모양입니다(그림 6o). AuNPs와 함께 배양했을 때 박테리아는 변형된 형태, 불규칙한 윤곽을 초래하는 외막의 붕괴, 세포 모양과 크기의 완전성의 손실을 보였습니다(그림 6p). 이것은 E에서 이전에 관찰된 것과 일치합니다. 대장균 실리카 나노입자로 처리된 세포 [32]. 우리는 박테리아 세포를 나노입자와 함께 장기간 배양하면 세포가 완전히 분해된다는 것을 발견했습니다.

곰팡이 포자 발아 분석

AuNPs는 식물 병원성 곰팡이 Alternaria solani의 독성을 강력하게 억제했습니다. . 다양한 배양 기간 동안 AuNP의 용량을 증가시키면서 진균 분생자를 처리하면 발아 빈도와 발아관 길이가 점진적으로 감소하는 것으로 나타났습니다(그림 7a). The representative pictures of conidia (Fig. 7a) and graphs show that the percentage of germination (Fig. 7b) and average lengths of the germ tubes (Fig. 7c) emerging from the fungal conidia decreased with increasing doses of the particles and increasing incubation periods. Thus, these AuNPs had significant antifungal property which is mediated through the suppression of germination of spores and retardation in the growth of hyphae.

Effect of the AuNPs on the spore germination of plant pathogenic fungus Alternaria solani; 아 Spores after treatment with AuNPs (bar = 30 μm). Rows top to bottom:control spores followed by spores treated with different dilutions of AuNPs (15.56 mg/L stock). Columns left to right:increasing time of incubation with AuNPs showing least germination at 6 h incubation with 100% AuNPs. ㄴ Spore germination frequency (%) at different concentrations of AuNPs as a function of time of incubation. Asterisks indicate significant differences to control (Student’s t test, P < 0.05). ㄷ Average germ tube length at different concentrations of AuNPs as a function of time of incubation. Data represents means ± SE of three replicates. Different letters indicate statistically significant differences among the samples (P  < 0.05, Duncan’s multiple range test). Spore germination frequency and the average germ tube length decreased with increasing doses of the AuNPs and increasing incubation period

Thus, these AuNPs have antimicrobial functions on bacteria as well as fungi, which is rarely reported for AuNPs. These AuNPs being toxic to multi-drug-resistant human bacteria can be utilized in treatment of MDR or extensively drug-resistant (XDR) bacteria-related human diseases which are difficult to treat. Furthermore, the antimicrobial effect against typical phytopathogens like Agrobacterium and fungi, it makes the particles suitable for as bacteriocides and fungicides in the form of nano-agrochemicals. These would enable sustainable management of crop loss through elimination of excessive and indiscriminate use of agrochemicals causing deterioration of soil health, degradation of agro-ecosystem, environmental pollution, and resistance in pathogens [33].

The AuNPs have potent apoptogenic properties

The single cell gel electrophoretic assay or comet assay is a sensitive method to compare apoptoic effects of materials [34, 35]. Treatment of tobacco leaf cells with 7.78 mg/L of AuNPs for a period of 15, 20, and 30 min resulted in gradual increase in apoptosis indicated by increase in percentage of DNA in tail (Fig. 8a, ‘A’, ‘B’, ‘C’, ‘D’). The maximum migration of DNA occurred after 30 min of treatment showing a tail DNA value 28.44 ± 0.74% which was significantly higher than that of untreated control cells (1.7 ± 0.59%). The incubation periods of 15 and 20 min caused less DNA migration with tail DNA values of 7.25 ± 2.56 and 19.19 ± 1.54%, respectively (Fig. 8b). Therefore, these AuNPs have the capacity to induce apoptosis in eukaryotic cells in higher doses. Recently, nanoparticles are being used in novel strategies to target and kill cancer cells. As illustrated by dynamic and quantitative imaging, successful application of nanoparticles as an alternative therapy for cancer depends on the apoptotic properties of the particles [36]. Hence, the present finding shows potent apoptogenic properties of these AuNPs which holds promise in future cancer therapy.

Assay of apoptotic properties of the AuNPs. 아 Comet assay and fluorescent microscopic images of nuclei of tobacco leaves treated with AuNPs for A 0 min. 나 15 min, C 20 min, and D 30 min (bar = 5 μm). In the control sets (0 min incubation), most of the DNA is located in the head of the comet while cells subjected to longer treatment show increasing DNA damage and longer comet tails. ㄴ Mean of % tail DNA ± SE after different periods of incubation. Data represents means ± SE of three replicates. Different letters indicate statistically significant differences among the samples (P < 0.05, Tukey’s HSD test). ㄷ Assay of threshold dosage of AuNPs for apoptosis showing images of nuclei of tomato leaf cells treated with A 0% (control), B 5%, C 10%, D 15%, E 20% of AuNP suspension for 24 h (bar = 10 μm). d Mean % tail DNA ± SE after 24 h treatment with different concentration of AuNPs. Data represents means ± SE of three replicates. Different letters indicate statistically significant differences among the samples (P  < 0.05, Tukey’s HSD test). Dosage below 10% show negligible DNA damage while higher than 20% show start of DNA damage

These AuNPs are non-apoptogenic at lower doses

Safe application of metal nanoparticles as therapeutic agent needs a pre-determination of biological effect of the particles at the borderline toxicity [37]. A threshold level of nanoparticles required for apoptosis was obtained through treatment of tomato leaf cells with different concentration of AuNP for 24 h (Fig. 8c). Low concentration, e.g., 5% v /v of AuNP stock suspension (15.56 mg/L) did not show significant apoptogenic effect on tomato cells even after 24 h of exposure. The nuclei after 10% AuNP treatment showed 6.52 ± 0.63 percentage of DNA in tail which was higher than untreated control nuclei (0.95 ± 0.66 percentage of DNA in tail) and those treated with 5% AuNP suspension (1.04 ± 0.89 percentage of DNA in tail). Treatment of tomato leaf cells with 15 and 20% AuNP resulted in a slight rise in DNA damage showing 7.15 ± 1.70 and 13.47 ± 2.16 percentage of DNA in tail, showing significant apoptogenic effect (Fig. 8d). Thus, in lower doses apoptogenic effect is negligible holding the possibility for these nanoparticles to be used as antimicrobial agent or drug/gene delivery vehicle in eukaryotic cells.

The AuNPs are protein-coated

A few previous studies have mentioned nanoparticles coated with protein of natural origin [15]. Lower magnification TEM showed that the AuNPs are surrounded by protein-like material (Fig. 9a, b). In order to confirm the nature of the material, the AuNPs were washed and run on SDS-PAGE along with cell-free extracts in other lanes (Fig. 9c). Boiling in SDS served to detach the surface bound proteins from the nanoparticles. The boiled nanoparticles (lane 4) showed the presence of a single intense band of 40 kDa which was similar to a protein band present in lane 2 (cell filtrate). However, in the sample that was not boiled (lane 3), a faint protein band bound to AuNP was seen at the 116 kDa level. Although another faint band did appear at the 40 kDa level due to dissociation of the capping proteins from the particles. Protein coats are known to promote stability of nanoparticles in solution and their catalytic activity [28, 38]. The naturally formed protein coat around the nanoparticles makes them functionally efficient for biomedical uses including easy adsorption and delivery of DNA or hydrophobic drugs [39]. Peptides and protein-aided delivery of AuNPs have been successfully used to overcome blood-brain barrier in treatment of central nervous system disorders [14]. Hence, these biocompatible AuNPs can be potentially suitable for several biomedical applications due to the small size, unique physico-chemical properties, and other advantages.

Protein cap analysis. 아 , b TEM images showing capping protein layer (arrows) around AuNPs. ㄷ SDS-PAGE of extracellular protein secreted from T. crassum and protein associated with nanoparticles. Lane 1, molecular size marker. Lane 2, total extracellular protein. Lane 3, nanoparticles loaded without boiling show faint protein band bound to the AuNPs at 116 kDa mark. There is also a band of detached protein at 40 kDa mark. Lane 4, nanoparticles after boiling with 1% SDS loading buffer showing disappearance of the 116 kDa band and a distinct 40 kDa band. Arrow indicates 40 kDa

The AuNPs could deliver green fluorescence protein (GFP) gene into Sarcoma 180 cancer cell lines

Plasmid DNA pCAMBIA1302 harboring gfp marker gene, complexed with AuNPs, was used to treat Sarcoma 180 cells. The cells produced green fluorescence indicating uptake of plasmid DNA/AuNPs complex and subsequent expression of the gene in the cancer cell, while the cells treated only with naked plasmid DNA did not show the fluorescence (Fig. 10a, b). This confirms the high potential of these particles to not only deliver genes into cancer cells, the genes were stably expressed and remained functional once delivered into the cells.

Gene delivery using AuNPs into Sarcoma 180 cancer cells and hemolysis assay with human erythrocytes; fluorescence microscopic image of a cancer cells expressing green fluorescence protein after uptake of DNA-AuNP complex and b control cells treated with free plasmid DNA (bars = 20 μm). ㄷ Percentage hemolysis with different dilutions of AuNPs. Data represents means ± SE of three replicates. Different letters indicate statistically significant differences among the samples (P  < 0.05, Tukey’s HSD test)

Earlier metallic nanoparticles have been shown to exhibit immense therapeutic potential in treating variety of diseases like retinal neovascularization, HIV, Dalton’s lymphoma, and exhibited activity against hepatitis virus, respiratory syncytial virus, and herpes simplex virus [18]. Congruent to these reports, gold nanocarrier-based drug delivery in present study using AuNPs can be considered as a prospective mediator in numerous medical applications including diagnostics, drug delivery, and cancer therapeutics.

Compatibility of the AuNPs with human erythrocytes and toxicity assay

Erythrocytes are simple and convenient model of the cell membrane system and used for studying nanoparticle-membrane interactions [40]. The hemolytic assay elucidates membrane-lytic activity of the AuNPs at different concentrations. Figure 10c shows that membrane-lytic activity of the nanoparticles was negligible at low concentrations. The highest hemolytic activity found at higher concentrations of nanoparticle suspension (up to 20 μl/mL) was less than 8% which indicates very low blood toxicity. The gradually increasing hemolytic activity with increasing concentration of AuNPs is likely due to increased affinity and adhesion of larger number of particles with the erythrocytes. This affinity of the particles to cell membranes is expected to facilitate their cellular transport. Low hemolytic activity along with effective cellular uptake render nanoparticles highly suitable for the development of safe and efficient theranostic agents [41].