Real-time surface-enhanced Raman scattering-based live cell monitoring of the changes in mitochondrial membrane potential

拉曼散射 膜电位 生物物理学 细胞 细胞膜 拉曼光谱 散射 纳米技术 材料科学 化学 物理 生物 光学 生物化学
作者
Ji Hye Lee,Hyeon Jeong Shin,Yong Duk Kim,Dong‐Kwon Lim
出处
期刊:Nanoscale advances [Royal Society of Chemistry]
卷期号:3 (12): 3470-3480 被引量:6
标识
DOI:10.1039/d0na01076f
摘要

Obtaining molecular information on cells in real time has been a critical challenge in studying the interaction between molecules of interest and intracellular components. Fluorescence-based methods have long served as excellent tools to study such important interactions. In this paper, we introduce a Raman scattering-based method as a promising platform to achieve the real-time monitoring of subtle molecular changes occurring within cells. We found that the Raman scattering-based method enabled monitoring changes in the mitochondrial membrane potential at the single-cell level in rheumatoid arthritis synovial fibroblasts induced by tumor necrosis factor-alpha (TNF-α) protein, various chemicals (MgCl2, FCCP, and sodium pyruvate), and a non-chemical stimulus (i.e., light). The triphenylphosphine-modified gold nanoparticles were selectively localized in the mitochondria and showed the characteristic Raman spectrum of cytochrome C and other Raman spectra of molecular components inside the cell. The surface-enhanced Raman spectrum originating from mitochondria was sensitively changed over time when mitochondrial depolarization was induced by the addition of TNF-α, or chemicals known to induce mitochondrial depolarization. The Raman-based signal changes were well matched with results of the conventional fluorescence-based analysis. However, in contrast to the conventional approach, the Raman-based method enables monitoring such changes in real time and provides detailed molecular information in terms of the interaction of molecules. Therefore, these results highlight the possibility of surface-enhanced Raman scattering-based live cell analysis for future proteomics or drug-screening applications.
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