Fast Activation and Tracing of Caspase-3 Involved Cell Apoptosis by Combined Electrostimulation and Smart Signal-Amplified SERS Nanoprobes

化学 细胞凋亡 细胞生物学 半胱氨酸蛋白酶 蛋白酵素 DNA断裂 半胱氨酸蛋白酶3 细胞 程序性细胞死亡 纳米探针 纳米技术 生物化学 生物 材料科学 纳米颗粒
作者
Guohua Qi,Dan Sun,Yu Tian,Chen Xu,Ying Zhang,Dandan Wang,Kongshuo Ma,Shuping Xu,Yongdong Jin
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:92 (11): 7861-7868 被引量:32
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.0c01114
摘要

Caspase-3 is considered as one of the key proteases that can spontaneously regulate the life activities of cells, and its activation (usually is a slow process) will execute the apoptosis process of cells. Rapid activation of caspase-3 on demand in living-cells is therefore highly desired toward precise cancer therapy but it is still a key challenge. Herein, we applied electrostimulus (ES) to achieve fast activation of caspase-3 and trigger cell apoptosis, and developed a smart magnetic-plasmonic assembly nanoprobes (A-nanoprobes) to real-time trace cellular caspase-3 activation at the single cell level. The designer core-satellite A-nanoprobe, working specific to the activated caspase-3 via a disassembly tactic, provides strong "hot spots" to improve the sensitivity and therefore enables SERS sensing of cellular caspase-3 upon activated by ES. Single-cell analysis revealed that the ES can rapidly activate the apoptosis pathway of caspase-3 on demand to make the DNA fragmentation and ultimately induce the cell apoptosis. Such method and nanoplatform were further used to monitor ES-triggered caspase-3 activation in cell apoptosis process of different cell types, revealing that more caspase-3 will be activated for cancerous cells than normal cells during the ES to induce cells apoptosis. This strategy and platform are promising for detecting cellular caspase-3 and other enzymes in the process of cancer diagnosis and treatments.
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