Synthesis and properties of gold nanoparticles functionalized with fluorophores - preliminary research towards obtaining fluorescent probes for hypoxia imaging

Hipoksja jest zjawiskiem często występującym w chorobach nowotworowych. Związane jest to z nietypowym unaczynieniem guza i zapotrzebowaniem na tlen znacznie przewyższającym możliwości transportu tlenu do komórek nowotworowych. Mikrośrodowisko wewnątrz guza jest znacznie niedotlenione, co sprzyja tworzeniu się przerzutów i wytworzeniu oporności na terapię. Z tego względu bardzo ważne jest stworzenie metod detekcji hipoksji, które są szybkie, łatwe do wykonania i bezpieczne. Do detekcja hipoksji można wykorzystać obrazowanie optyczne. Opracowano nową klasę sond fluorescencyjnych, którymi są pochodne triazapentalenu. Charakteryzują się one wysokimi wydajnościami kwantowymi i dużą stabilnością. Dodatkowo, dzięki łatwej modyfikacji związki te mogą mieć różnorodne zastosowania. Aby sonda fluorescencyjna była efektywnie transportowana do guza nowotworowego i nie ulegała degradacji we krwi, potrzebuje nośnika. Tą funkcję mogą spełniać nanocząstki złota (AuNPs), które posiadają unikatowe właściwości. Wykazują silną absorpcję i rozpraszanie światła, są nietoksyczne oraz fotostabilne. Mogą być efektywnie transportowane do tkanek nowotworowo zmienionych dzięki efektowi zwiększonej przepuszczalności i retencji (EPR).Celem niniejszej pracy była próba stworzenie układu składającego się z nanocząstek złota i pochodnej triazapentalenu. W trakcie badań optymalizowano syntezę nanocząstek złota oraz badano ich stabilność i monodyspersyjność. Opracowano również metodę funkcjonalizacji AuNPs glutationem jako wstępne badania modyfikacji powierzchni nanocząstek. Wykonano także wstępne badania biologiczne polegające na sprawdzeniu stabilności funkcjonalizowanych nanocząstek złota w buforach i medium do hodowli komórkowych. Badaniom poddano również pochodną triazapentalenu i wykonano próby przyłączenia jej do powierzchni nanocząstek. Ponadto, sprawdzono możliwość akumulacji AuNPs w komórkach. Otrzymane wyniki stanowią bazę do dalszych prac nad funkcjonalizacją nanocząstek złota oraz optymalizacją wiązania badanej sondy fluorescencyjnej.Hypoxia is a common phenomenon in cancer. It is connected to the atypical vascularity in tumor and the oxygen demand, which far surpasses the ability to transport oxygen to cancer cells. Very often the microenvironment inside the tumor is hypoxic, which promotes the formation of metastasis and causes therapy resistance. Therefore, it is very important to develop hypoxia detection methods, that are quick, easy to perform and safe.Optical imagining can be used to detect hypoxia. A new class of fluorescent probes, that are triazapentalene derivatives, has been developed. They are characterized by high quantum yields and good stability. Additionally, due to easy modification they can have a variety of applications. In order for the fluorescent probe to be efficiently delivered into the tumor and to not be degraded in the bloodstream, it needs a carrier. This function can be fulfilled by gold nanoparticles (AuNPs), which have unique properties. They show strong absorption and scattering of light, are non-toxic and photostable. They can be efficiently transported to cancer transformed tissue, due to enhanced permeability and retention effect (EPR).This work aimed to create a system consisting of gold nanoparticles and the triazapentalene derivative. During the research, the synthesis of gold nanoparticles was optimized and their stability and monodispersity were tested. A method of functionalization of AuNPs with glutathione was also developed as a preliminary study of nanoparticle surface modification. Initial biological tests were performed as well to determine the stability of functionalized gold nanoparticles in buffers and cell culture medium. Studies including the triazapentalene were also carried out and attempts were made to attach it to the surface of gold nanoparticles. Moreover, the possibility of AuNPs accumulation in cancer cells was checked and evaluated. The obtained results form the basis for further work on the gold nanoparticle functionalization with the fluorescent probes