BSA功能化金纳米颗粒通过激光诱导氧化应激促进乳腺癌细胞凋亡的机制研究

《Scientific Reports》：Mechanistic approach to laser-induced oxidative stress and apoptosis in breast cancer cells using BSA-functionalized gold nanoparticles

本研究针对光热疗法(PTT)中金纳米颗粒(AuNPs)选择性杀伤癌细胞的技术难题，开发了牛血清白蛋白功能化金纳米颗粒(AuNPs@BSA)新型光热平台。研究人员通过系统表征证实BSA成功修饰于AuNPs表面，发现5分钟激光照射即可在保持高生物相容性(IC50~800μg/mL)的同时，通过诱导氧化应激（显著降低TAC、SOD和CAT活性）引发MDA-MB-231细胞caspase依赖性凋亡。该研究为靶向乳腺癌治疗提供了新策略。

　　

在癌症治疗领域，光热疗法(PTT)作为一种微创治疗手段近年来备受关注。其中，金纳米颗粒(AuNPs)因其独特的光热转换性能成为理想的光热转换剂。然而，如何实现癌细胞的特异性杀伤同时最大限度保护正常组织，仍是当前研究的核心挑战。特别是在乳腺癌治疗中，肿瘤细胞的异质性和耐药性往往导致治疗效果不佳。传统治疗方法在靶向性和生物安全性方面的局限，促使科学家不断探索新型纳米材料在肿瘤精准治疗中的应用。

由Alireza Salabat、Mohammad Hossein Abnosi和M.M. Talebian团队在《Scientific Reports》发表的研究，创新性地将牛血清白蛋白(BSA)与金纳米颗粒结合，构建了具有良好生物相容性的光热治疗平台。研究人员通过经典的Turkevich法合成金纳米颗粒，并在碱性条件下通过Au-S共价键实现BSA表面功能化。表征结果显示，AuNPs@BSA的等离子体共振吸收峰从535nm红移至545nm，粒径从50.8nm增大至77.3nm，zeta电位从-71.2mV变为-7.0mV，FTIR光谱也证实了BSA的成功修饰。

关键技术方法包括：采用Turkevich法合成金纳米颗粒并通过BSA进行表面功能化；利用UV-Vis、DLS、Zeta电位和FTIR-ATR进行材料表征；使用人乳腺癌MDA-MB-231细胞系（来源自伊朗巴斯德研究所）进行体外实验；通过激光照射（532nm，1000mV）实现光热转换；采用台盼蓝染色检测细胞活力，生化分析法测定氧化应激指标（MDA、TAC、SOD、CAT、LDH），荧光显微镜观察形态变化，琼脂糖凝胶电泳分析DNA完整性，流式细胞术鉴定细胞凋亡，Western blot检测Caspase-3表达。

UV-Vis spectroscopy results

紫外-可见光谱分析显示，AuNPs和AuNPs@BSA胶体系统分别在535nm和545nm处出现表面等离子体共振吸收峰，红移现象证实了BSA的成功修饰，且纳米颗粒保持良好分散性。

Dynamic light scattering(DLS) and zeta potential analysis

DLS测定显示AuNPs@BSA的水合粒径为77.3nm，大于未修饰AuNPs的50.8nm。Zeta电位从-71.2mV显著降低至-7.0mV，表明表面稳定机制从静电稳定转变为空间稳定。

Cytotoxicity results

激光照射时间优化实验确定5分钟为最佳处理时长。AuNPs@BSA在800μg/mL浓度（IC₅₀）结合激光照射可显著降低细胞活力，且效果呈浓度依赖性。

Lactate dehydrogenase activity

LDH活性检测发现，800μg/mL AuNPs@BSA联合激光照射组酶活性显著升高，表明细胞代谢向无氧糖酵解（Warburg效应）转变，提示线粒体功能受损。

Morphological analysis

荧光显微镜观察显示，激光照射的AuNPs@BSA处理组细胞出现核固缩和胞质收缩，表明细胞骨架结构受损。

Induction of oxidative stress

氧化应激指标检测显示，处理组MDA水平显著升高，TAC、SOD和CAT活性明显降低，证实激光激活的AuNPs@BSA可诱发强烈氧化应激。

DNA fragmentation and apoptosis analysis

琼脂糖凝胶电泳呈现典型的DNA ladder条带，流式细胞术检测显示400μg/mL和800μg/mL处理组的晚期凋亡率分别达24%和41%。Western blot证实Caspase-3激活，表明细胞凋亡为caspase依赖性途径。

研究结论表明，BSA功能化不仅保持了金纳米颗粒的光热转换效率，还显著提升了其生物相容性。激光激发的AuNPs@BSA通过诱导氧化应激破坏细胞膜结构和代谢平衡，最终引发caspase依赖性凋亡。该研究为乳腺癌靶向治疗提供了新型纳米材料设计思路，特别是BSA修饰策略为增强纳米颗粒组织靶向性开辟了新途径。未来需进一步开展体内研究验证其长期安全性，推动临床转化应用。