Valutazione biologica della tossicità delle AuNPs con e senza corona proteica in sferoidi di tumore al seno

Breast cancer is a widespread concern diagnosed annually in millions of women. In the field of oncology, nanomedicine has become of great interest for its potential to revolutionize future diagnoses and therapies. The use of nanomaterials, particularly gold nanoparticles (AuNPs), is emerging as an elective candidate for selectively targeting breast cancer. The medical application of these specific nanoparticles (NPs) requires an understanding of their interaction with the biological system, including the formation of the protein corona (PC) on their surface when exposed to biological fluids. The aim of this study is to understand how the formation of the protein corona can influence the cytotoxic activity of gold nanoparticles in a three-dimensional system. In particular, two forms of polyethylene glycol-coated gold nanoparticles were used: spherical gold nanoparticles (GNPs) and star-shaped gold nanoparticles (GNSs). These nanoparticles were tested on two different cell lines, the MCF-7 tumor cell line overexpressing the hormone receptor (ER-α) and the SKBR-3 cell line overexpressing the epidermal growth factor receptor (HER2). The study was structured into two main phases: in the first phase, the focus was on developing a rapid and cost-effective method for producing spheroids using three different methods. Spheroid formation was evaluated through area analysis over time and morphological analysis. In the second phase, to investigate how the PC may influence the interaction of AuNPs with 3D cellular systems, three conditions were created: Condition 1: Cells incubated in complete medium with AuNPs; Condition 2: Cells incubated in serum-free medium with pre-incubation of AuNPs; Condition 3: Cells incubated in serum-free medium with AuNPs. After incubation, cell viability was assessed using a cell viability assay, the MTT assay; the LDH assay was performed to determine enzyme release from necrotic cells, and DNA extraction was performed to assess cellular quantity. The results confirmed the two-dimensional data, where the presence of the protein corona demonstrated increased tolerance of AuNPs by cells.

Il cancro al seno è una preoccupazione diffusa diagnosticata annualmente in milioni di donne. Nel campo dell'oncologia, la nanomedicina è diventata di grande interesse per il potenziale di rivoluzionare le diagnosi e le terapie future. L'uso di nanomateriali, in particolare le nanoparticelle d'oro (AuNPs), sta emergendo come candidato elettivo per danneggiare selettivamente il cancro al seno. L'applicazione medica di queste particolari nanoparticelle (NPs) richiede la comprensione della loro interazione con il sistema biologico, inclusa la formazione della corona proteica (PC) sulla loro superficie quando esposte a fluidi biologici. Lo scopo di questo lavoro è comprendere come la formazione della corona proteica possa influenzare l'attività citotossica delle nanoparticelle d'oro in un sistema tridimensionale. In particolare, sono state impiegate due forme di nanoparticelle d'oro rivestite di polietilene glicole (PEG) ovvero nanoparticelle d'oro sferiche (GNPs) e nanoparticelle d'oro a forma di stella (GNSs). Queste nanoparticelle sono state testate su due linee cellulari differenti, la linea tumorale MCF-7 sovraesprimente il recettore degli ormoni (ER-α) e la linea cellulare SKBR-3 sovraesprimente il recettore del fattore di crescita epidermico (HER2). Lo studio è stato articolato in due fasi principali: nella prima fase ci si è concentrati sulla formazione di un metodo rapido ed economico per la produzione di sferoidi con tre diversi metodi. La formazione degli sferoidi è stata valutata mediante analisi dell'area nel tempo e analisi morfologica. Nella seconda fase, per indagare come la PC può influenzare l'interazione delle AuNPs con i sistemi cellulari 3D, sono state create tre condizioni: Condizione 1: cellule incubate in terreno completo con AuNPs; Condizione 2: cellule incubate in terreno senza da siero con pre-incubazione di AuNPs; Condizione 3: cellule incubate in terreno senza da siero con AuNPs. Dopo l'incubazione, la vitalità cellulare è stata valutata mediante un saggio di vitalità cellulare, il saggio MTT; è stato eseguito il saggio LDH per determinare il rilascio di enzimi da cellule necrotiche e l'estrazione del DNA per valutare la quantità cellulare. I risultati ottenuti hanno confermato i dati bidimensionali, in cui la presenza della corona proteica ha dimostrato la maggiore tollerabilità delle AuNPs da parte delle cellule. Questo studio contribuisce a comprendere la risposta biologica alle nanoparticelle in una cultura cellulare 3D che meglio mima una condizione in vivo, fornendo informazioni cruciali per lo sviluppo di futuri approcci terapeutici. Nonostante siano ancora necessari ulteriori studi, in generale, da questi dati preliminari emerge l'importanza di tenere in considerazione l'effetto della corona proteica con le NPs nei sistemi biologici.