Fabrikasi BiF3 yang Mudah:Ln (Ln = Gd, Yb, Er)@PVP Nanopartikel untuk Pencitraan Computed Tomography Efisiensi Tinggi

Metode

Semua protokol eksperimental termasuk eksperimen pada hewan telah disetujui oleh komite etik Universitas Xiamen di Provinsi Fujian, Tiongkok.

Bahan dan Reagen

Bismut nitrat pentahidrat (Bi(NO₃ )₃ ·5H₂ O, ≥ 99,99%), amonium fluorida (NH₄ F, ≥ 99,99%), iterbium nitrat heksahidrat (Yb(NO₃ )₃ ·6H₂ O, ≥ 99,9%), erbium nitrat heksahidrat (Er(NO₃ )₃ ·6H₂ O, ≥ 99,9%), gadoliniumnitrat heksahidrat (Gd(NO₃ )₃ ·6H₂ O, ≥ 99,9%), polivinilpirolidon (PVP, ≥ 99,0%), dan Iohexol (≥ 99,0%) dibeli dari Reagen Aladdin (Shanghai, Cina). Kit pewarnaan sel hidup-mati dan kit penghitungan sel-8 (CCK-8) dibeli dari Yeasen (Shanghai, Cina). Medium RPMI 1640, penisilin, streptomisin, dan serum janin sapi (FBS) dibeli dari Gibco (New York, AS).

Fabrikasi BiF₃ :Ln@PVP NP

BiF₃ :Ln@PVP NP disintesis melalui pendekatan hidrotermal. Secara detail, 1 mmol Ln(TIDAK₃ )₃ , (Ln = Yb, Er dan Gd), dan 1 mmol Bi(NO₃ )₃ dilarutkan ke dalam larutan 35 mL termasuk 5 mL air deionisasi (DI) dan 30 mL etilen glikol untuk membentuk larutan transparan A. Kemudian dicampur dengan 0,5 g PVP (M_W = 10.000) dan diaduk pada suhu kamar selama 10 menit. NH₄ F (20 mmol) dilarutkan ke dalam 10 mL DI untuk membentuk larutan B. Larutan B kemudian dituangkan ke dalam larutan A, dan larutan campuran putih C terbentuk setelah diaduk selama 20 menit. Larutan C kemudian dimasukkan ke dalam autoklaf 50 mL dan dipanaskan pada suhu 180 °C selama 24 jam. Suhu secara alami turun ke suhu kamar setelah 24 jam. Terakhir, sampel disentrifugasi (8000 rpm, 3 menit) dan dibilas dengan DI dan alkohol untuk menghilangkan zat yang tidak bereaksi. Sampel terakhir dikumpulkan dengan pengeringan beku.

Karakterisasi BiF₃ :Ln@PVP NP

Morfologi BiF₃ :Ln@PVP NP dideteksi dengan mikroskop elektron transmisi (TEM, TECNAI G20 F30 TWIN, Oxford) dengan tegangan operasi 300 kV. Komposisi nanopartikel dianalisis dengan energy dispersive spectrum (EDS) dalam TEM termasuk analisis peta. Spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR, Thermo Scientific Nicolet iN10 MX spectrometer, USA) digunakan untuk membedakan gugus fungsi sampel. Struktur kristal dan fitur fase dari BiF₃ :NP Ln@PVP menggunakan difraksi sinar-X serbuk (XRD, D8 Advance) dengan radiasi Cu Kα pada kondisi 40 kV dan 40 mA. Distribusi ukuran nanopartikel yang terdispersi dalam DI dan PBS (pH 7,4) diselidiki dengan hamburan cahaya dinamis (DLS, Brookhaven Instruments-Omni, USA).

Garis Sel dan Kultur Sel:Sel HepG2 berasal dari Bank Sel Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok (Shanghai, Tiongkok). Sel dikultur dalam media RPMI 1640 yang mengandung 10% serum janin sapi (FBS) dan 1% penisilin-streptomisin di bawah 37 °C dan 5% CO₂ kondisi. Media kultur diganti setiap hari.

Sitokompatibilitas BiF₃ :Ln@PVP NP In Vitro

Sitokompatibilitas BiF₃ :Ln@PVP NP in vitro diperkirakan dengan uji hidup-mati dan uji CCK-8. Secara rinci, sel-sel HepG2 dikumpulkan dan diunggulkan dalam cawan confocal pada 5.0 × 10 ⁵ . Sel-sel kemudian dikultur semalaman. BiF₃ :Suspensi Ln@PVP NP selanjutnya ditambahkan ke sel pada konsentrasi yang berbeda (100, 200, dan 400 μg/mL) dan ditetapkan sebagai kelompok eksperimen. Sedangkan medium tanpa nanopartikel ditambahkan dan ditetapkan sebagai kelompok kontrol. Selanjutnya, baik kelompok eksperimen maupun kelompok kontrol dikultur selama 24 jam. Setelah 24 jam, kami dengan hati-hati menghapus media asli dan pengujian hidup-mati kemudian dilakukan sesuai dengan protokol yang disediakan oleh pabrikan. Secara singkat, sel-sel hidup diberi label melalui Calcein-AM, sedangkan sel-sel mati diwarnai dengan propidium iodida (PI); sel kemudian diamati di bawah mikroskop confocal (Nikon, Jepang).

Uji CCK-8 dilakukan untuk menentukan lebih lanjut sitotoksisitas BiF₃ :Ln@PVP NP in vitro. Secara rinci, sel-sel HepG2 dikumpulkan dan diunggulkan dalam pelat 96-sumur dengan 3000 sel per sumur dan dikultur dalam inkubator semalaman. Konsentrasi BiF yang berbeda₃ :Ln@PVP NP (0, 25, 50, 100, 200, dan 400 μg/mL) dicampur dengan sel dan dikultur selama 24 jam. Reagen CCK-8 (10 μL) ditambahkan ke setiap sumur dan diinkubasi selama 2 jam pada kondisi 37 °C. Kemudian, nilai OD masing-masing sumur diukur pada 450 nm oleh Pembaca Pelat Mikro SPECTRA max (model 680, Bio-Rad, Tokyo, Jepang), dan viabilitas sel dari setiap konsentrasi dihitung menurut formula yang disediakan oleh pabrikan. Eksperimen ini diulang tiga kali.

Hewan

Tikus telanjang BALB/c betina (berusia 4 hingga 6 minggu) diperoleh dari Pusat Hewan Laboratorium Universitas Xiamen (Xiamen, Cina). Tikus dipelihara dalam lingkungan yang steril dan dipelihara selama 12 jam siklus terang/gelap. Hewan disuntik dengan sel HepG2 (1.0 × 10 ⁷ /mL) secara subkutan untuk menginduksi pembentukan tumor. Semua percobaan hewan dalam pekerjaan ini dilakukan sesuai dengan protokol yang disetujui oleh Komite Perawatan dan Penggunaan Hewan Universitas Xiamen.

Biokompatibilitas BiF₃ :Ln@PVP NP Di Vivo

Analisis histologis digunakan untuk mengamati biokompatibilitas BiF₃ :Ln@PVP NP in vivo. Tikus kelompok eksperimen disuntik dengan BiF₃ :Suspensi Ln@PVP NP pada 200 mg/kg melalui vena ekor; tikus kontrol disuntik secara intravena dengan volume PBS yang sama. Setelah 24 jam, organ utama termasuk jantung, hati, limpa, paru-paru, ginjal, dan otak segera dikeluarkan setelah tikus dikorbankan. Semua organ difiksasi dengan fiksatif paraformaldehida 4% selama 12 jam dan kemudian disematkan dalam parafin dan diiris. Terakhir dilakukan pewarnaan hematoxylin-eosin (H&E). Morfologi organ dievaluasi dan ditangkap oleh mikroskop fluoresensi tegak (Leica DM2700 P, Jerman).

Kinerja CT BiF₃ :Ln@PVP NP In Vitro dan In Vivo

Untuk mempelajari penerapan BiF₃ :Pencitraan CT in vitro Ln@PVP NP, BiF₃ :Ln@PVP Suspensi NP dan Iohexol disiapkan dan diencerkan menjadi 0, 0,625, 1,25, 2.5, 5.0, 10,0, dan 20,0 mg/mL dan dipindahkan ke dalam tabung Eppendorf 0,3 mL. Gambar CT dan nilai CT yang sesuai dari BiF₃ :Suspensi Ln@PVP NP dan Iohexol diperoleh dan direkam dengan instrumen CT sinar-X (Siemens) dengan tegangan operasi masing-masing 50 kV dan 80 kV. Selanjutnya, kemampuan pencitraan CT BiF₃ :Ln@PVP NP in vivo dipelajari; BiF₃ :Suspensi Ln@PVP NP disuntikkan secara intratumor ke dalam tikus telanjang yang mengandung tumor pada 200 mg/kg (100 L). Selanjutnya, tikus dibius dan mesin CT sinar-X (Siemens, 80 kV, 88 μA) digunakan untuk mengambil gambar CT sebelum dan sesudah pemberian BiF₃ :Ln@PVP.

Kinerja CT BiF₃ :Ln@PVP NP di Saluran GI dan Analisis Histologis

Untuk lebih mengeksplorasi nilai BiF₃ :NP Ln@PVP dalam pencitraan CT, tikus dipuasakan semalaman dan diberikan BiF₃ secara oral :Suspensi Ln@PVP NP (300 μL, 20 mg/mL) melalui selang lambung. Tikus kemudian dibius secara intraperitoneal dengan kloral hidrat. Selanjutnya, gambar GI pada interval yang berbeda (0, 15 mnt, 30 mnt, 120 mnt, 6 j, 12 h, 24 h, dan 48 h) ditangkap pada 80 kV. Akhirnya, model tikus 3D direkonstruksi melalui mesin CT. Tikus kemudian dikorbankan dan perut, usus halus dan usus besar dikeluarkan dan difiksasi dengan paraformaldehyde 4% selama 12 jam. Mereka kemudian tertanam dalam parafin dan dipotong sebelum pewarnaan H&E untuk mengevaluasi toksisitas gastrointestinal BiF₃ :Ln@PVP NP.

Analisis Statistik

Tanggal dianalisis menggunakan ANOVA satu arah; sebuah P nilai < 0,05 dianggap signifikan secara statistik dalam semua analisis (tingkat kepercayaan 95%).

Hasil dan Diskusi

Fabrikasi dan Sifat Fisikokimia BiF₃ :Ln@PVP NP

Pertama, BiF₃ :Ln@PVP NP disiapkan melalui reaksi hidrotermal (Skema 1). Gambar 1A menunjukkan morfologi BiF₃ :Ln@PVP NP oleh TEM. BiF₃ :Ln@PVP NP memiliki struktur yang seragam dan bulat. Ukuran rata-rata dari BiF₃ :Ln@PVP NP berukuran sekitar 380 nm dan tersebar merata. Gambar sisipan menunjukkan bahwa nanopartikel memiliki distribusi ukuran partikel yang relatif sempit (kanan bawah). Komposisi BiF₃ :NP Ln@PVP dianalisis oleh EDS setelah mengevaluasi morfologi BiF₃ :Ln@PVP NP. Gambar 1B–F menunjukkan gambar bidang gelap BiF₃ :Ln@PVP NP diambil sebelum analisis unsur. Hasilnya menunjukkan bahwa nanopartikel kami terutama terdiri dari elemen Gd, Yb, Er, dan Bi, menunjukkan bahwa BiF₃ :NP Ln@PVP berhasil disintesis.

Diagram skema BiF₃ :Proses sintesis NP Ln@PVP dan aplikasinya

Morfologi dan ukuran partikel BiF_3: Ln@PVP NP. A Gambar TEM dari BiF_3: Ln@PVP NP dan distribusi ukuran partikelnya (kanan bawah). B –B TEM bidang gelap gambar BiF_3: Ln@PVP NP dan peta elemen TEM yang sesuai dari Gd, Yb, Bi dan Er

PVP merupakan stabilizer yang efektif untuk meningkatkan biokompatibilitas dan stabilitas nanomaterial [32]. Oleh karena itu, kami memodifikasi nanopartikel kami dengan PVP seperti yang dilaporkan sebelumnya [33]. Spektrum FTIR digunakan untuk menentukan apakah PVP berhasil dilapisi pada permukaan nanopartikel (Gbr. 2). Terdapat puncak serapan kuat gugus C=O dan puncak gugus C–N pada 1658 dan 1293 cm ⁻¹ , masing-masing. Ini berasal dari PVP yang menunjukkan bahwa pelapisan PVP pada permukaan nanopartikel telah selesai [34]. Pola XRD dari BiF₃ :NP Ln@PVP ditunjukkan pada Gambar. 3. Gambar 3A menunjukkan bahwa semua puncak sangat cocok dengan kartu standar BiF_3: Data Ln (PDF 74-0144) lebih lanjut menunjukkan bahwa BiF₃ :Ln@PVP NP berhasil disiapkan. Parameter atom dari BiF₃ struktur dapat digunakan sebagai parameter awal dalam kartu cif standar melalui perangkat lunak Diamond. Struktur standar menghasilkan PDF 74-0144, a = b = c = 5.865 Å, V = 201.75(3) , dan kepadatan (c ) = 8,755. BiF₃ struktur kristal dilihat dari sumbu C memiliki lapisan yang bertumpuk dalam arah tegak lurus terhadap sumbu A (Gbr. 4B), dan tampilan struktur tunggal dari sumbu A menunjukkan Bi berada di tengah atom (Gbr. 4C). Hasil ini menunjukkan bahwa BiF₃ :NP Ln@PVP memiliki struktur kristal yang baik, dan lapisan permukaan hanya sedikit mempengaruhi struktur kristal BiF₃ :Ln@PVP NP.

Spektrum FTIR BiF_3: Ln@PVP NP. Garis biru mewakili puncak penyerapan awal BiF₃ :Ln. Garis merah mewakili puncak penyerapan setelah memodifikasi PVP ke permukaan nanopartikel

Pola XRD dari BiF₃ :Ln@PVP NP. A Semua puncak BiF₃ :Ln sangat cocok dengan kartu standar BiF₃ :Data Ln (PDF 74-0144). B Tampilan distribusi atom dari sumbu C dan C tunjukkan koordinasi sepanjang sumbu A

Stabilitas dan sitokompatibilitas BiF₃ :Ln@PVP NP. A Diameter hidrodinamik BiF₃ :NP Ln@PVP di DI dan B PBS (pH 7,4). C Uji hidup-mati dan D Uji CCK-8 dari sel HepG2 yang diobati dengan konsentrasi BiF yang berbeda₃ :Ln@PVP NP selama 24 jam

Stabilitas dan Sitokompatibilitas BiF₃ :Ln@PVP NP

Karena ukuran dispersi nanopartikel dapat mempengaruhi interaksi dengan sistem biologis, maka perlu untuk mempelajari ukuran dispersi nanopartikel dalam larutan yang berbeda [33]. Gambar 4A, B menunjukkan bahwa BiF_3: Ln@PVP NP memiliki distribusi yang relatif sempit di DI dan PBS (pH = 7.4), menunjukkan bahwa BiF_3: Ln@PVP NP memiliki stabilitas yang baik dalam larutan yang berbeda. Dengan demikian, mereka cocok untuk aplikasi biologis.

Sitotoksisitas BiF₃ :NP Ln@PVP dipelajari setelah membuktikan bahwa BiF_3: Ln@PVP NP memiliki stabilitas yang baik dalam larutan yang berbeda. Eksperimen hidup-mati mengevaluasi sitotoksisitas BiF_3: Ln@PVP NP. Tidak ada fluoresensi merah yang terlihat jelas ketika konsentrasi BiF₃ :Suspensi Ln@PVP NP mencapai 400 g/mL dan dikultur dengan sel HepG2 selama 24 jam (dibandingkan dengan kelompok kontrol; Gbr. 4C). Hal ini menunjukkan bahwa tidak ada kematian sel yang signifikan pada kelompok eksperimen. Selanjutnya, uji CCK-8 dilakukan untuk mempelajari lebih lanjut sitotoksisitas BiF₃ :Ln@PVP NP. Gambar 4D menunjukkan viabilitas sel dari sel HepG2 yang diinkubasi dengan berbagai konsentrasi BiF₃ :Suspensi Ln@PVP NP selama 24 jam, semua kelompok eksperimen sel HepG2 memiliki viabilitas sel yang relatif tinggi. Selanjutnya, viabilitas sel mencapai 85,96% ketika konsentrasi BiF_3: Suspensi Ln@PVP NP mencapai 400 μg/mL. Hasil ini menunjukkan bahwa BiF_3: Ln@PVP NP memiliki biokompatibilitas yang baik secara in vitro, yang mungkin dikaitkan dengan pelapisan PVP pada permukaan BiF₃ :Ln@PVP NP.

Biokompatibilitas BiF₃ :Ln@PVP NP Di Vivo

Selain sitotoksisitas yang rendah, biokompatibilitas in vivo yang baik adalah kondisi lain yang diperlukan untuk penggunaan klinis agen kontras [35]. Jadi, BiF_3: Suspensi Ln@PVP NP disiapkan dan disuntikkan ke tikus pada 200 mg/kg (100 L) melalui vena ekor. Volume larutan PBS yang sama disuntikkan dan ditetapkan sebagai kelompok kontrol. Setelah 24 jam, tikus dikorbankan, dan organ utama dipotong selama nekropsi. Pewarnaan H&E dilakukan untuk mengevaluasi toksisitas sistem. Gambar 5 tidak menunjukkan kelainan patologis yang jelas setelah BiF₃ :Administrasi NP Ln@PVP selama 24 jam. Hasil ini menunjukkan bahwa BiF₃ :NP Ln@PVP memiliki biokompatibilitas yang baik, yang konsisten dengan sitotoksisitas rendah yang ditunjukkan di atas.

Gambar pewarnaan H&E organ utama sebelum dan sesudah BiF₃ :Administrasi NP Ln@PVP (bilah skala 200 µm)

Kemampuan BiF₃ :Ln@PVP NP Pencitraan CT In Vitro

Elemen dengan nomor atom tinggi biasanya memiliki efek kontras yang tinggi karena redaman sinar-X yang besar. Misalnya, zat kontras yang dibuat dari logam mulia dengan nomor atom tinggi (Au [36], Ag [37], dll.) memiliki efek pencitraan CT yang sangat baik seperti yang dilaporkan sebelumnya. Oleh karena itu, jenis agen kontras yang menjanjikan dapat dipertimbangkan. Namun, biaya tinggi membatasi aplikasi klinis lebih lanjut. Bismut memiliki keamanan biologis yang baik dan biaya rendah, dengan kemampuan redaman sinar-X yang bagus [38,39,40,41]. Di sini, untuk mengevaluasi efek agen kontras BiF₃ :Ln@PVP NPs, kami membandingkan kemampuan redaman sinar-X BiF₃ :Ln@PVP NP dengan larutan agen kontras komersial Iohexol in vitro. Gambar 6A, B menunjukkan gambar CT yang sesuai dari BiF₃ :Ln@PVP dan Iohexol pada tegangan operasi yang berbeda (masing-masing 50 kV dan 80 kV). Gambar 6A, B menunjukkan bahwa tingkat keabuan gambar secara bertahap berubah dari bayangan hitam menjadi bayangan putih seiring dengan peningkatan konsentrasi suspensi. Namun, pada konsentrasi yang sama, BiF₃ :Ln@PVP memiliki warna yang lebih cerah daripada Iohexol karena koefisien redaman sinar-X Bi lebih tinggi I (Bi adalah 5,74 cm ² kg ⁻¹ dan saya 1,94 cm ² kg ⁻¹ pada 100 keV) [42].

Perbandingan efek pencitraan CT in vitro antara BiF_3: Ln@PVP NP dan Iohexol. A , B Pencitraan CT in vitro di bawah tegangan operasi yang berbeda (masing-masing 50 dan 80 kV) dari BiF_3: Ln@PVP NP dan Iohexol. C Nilai CT yang sesuai dari BiF_3: Ln@PVP NP dan Iohexol masing-masing di bawah 50 dan 80 kV

Gambar 6C menunjukkan bahwa nilai CT (Hounsfield Unit, HU) meningkat secara linier dengan meningkatnya BiF₃ :Ln@PVP NP dan konsentrasi Iohexol (keduanya R ² > 0.99) terlepas dari tegangan operasi. Nilai CT dari konsentrasi massa satuan BiF₃ :NP Ln@PVP jauh lebih tinggi daripada Iohexol (1,5- dan 1,7 kali lipat lebih tinggi dari pada 50 kV dan 80 kV, masing-masing). Hasil ini menunjukkan bahwa BiF₃ :Ln@PVP NP dapat memberikan efek kontras yang lebih baik pada dosis yang sama dibandingkan Iohexol komersial; data ini mengkonfirmasi bahwa BiF₃ :Ln@PVP NP memiliki kemampuan pencitraan CT in vitro yang baik, yang sangat penting karena dapat mengurangi jumlah zat kontras sekaligus memastikan efek pencitraan yang baik. Ini dapat secara signifikan mengurangi toksisitas dan efek samping.

Efek Kontras BiF₃ :Ln@PVP NPs Dalam Pencitraan CT Vivo

BiF₃ :Suspensi Ln@PVP NP selanjutnya disuntikkan secara intratumor ke tikus yang mengandung tumor (200 mg/kg, 100 µL) untuk mengevaluasi efek kontras BiF₃ :Ln@PVP NP dalam pencitraan CT vivo. Perubahan intensitas sinyal yang kuat terdeteksi dibandingkan baseline di area tumor yang sama setelah 1 jam pemberian BiF₃ :Suspensi Ln@PVP NP (Gbr. 7A). Sementara itu, Gambar 7B menunjukkan bahwa nilai CT pasca injeksi (184,58 HU) jauh lebih tinggi daripada pra injeksi (48,9 HU). Hal ini disebabkan peningkatan koefisien atenuasi sinar-X jaringan tumor setelah BiF₃ :Ln@PVP NP didistribusikan dalam jaringan tumor. Hasilnya menunjukkan bahwa BiF₃ :NP Ln@PVP memiliki kemampuan pencitraan CT in vivo yang hebat.

BiF_3: Ln@PVP NP dalam efek pencitraan CT vivo. A Gambar CT sebelum dan sesudah BiF_3: Injeksi NP Ln@PVP dan B nilai CT yang sesuai. Lingkaran merah menunjukkan jaringan tumor

Kinerja Pencitraan CT Saluran GI BiF₃ :Ln@PVP NP dan Toksisitas GI-nya

Didorong oleh hasil yang menjanjikan di atas, kami termotivasi untuk mengevaluasi lebih lanjut potensi penerapan BiF₃ :Ln@PVP NP dalam pencitraan CT. Sebagai metode pencitraan non-invasif yang umum, CT memainkan peran penting dalam diagnosis penyakit GI dan perumusan rencana perawatan karena pemrosesan gambarnya yang nyaman, tidak ada kerusakan jaringan, dan tidak menimbulkan rasa sakit pada pasien [43, 44]. Zat kontras barium sulfat yang umum digunakan biasanya digunakan bersama dengan bubuk aerogenik. Karena perbedaan densitas yang dihasilkan oleh kedua zat tersebut, saluran cerna tidak selalu dapat ditampilkan dengan jelas sehingga mengakibatkan kesalahan diagnosis, yang membatasi penggunaan klinisnya [45]. Dengan demikian, sangat penting untuk mengeksplorasi agen kontras GI efisiensi tinggi yang tidak memerlukan bantuan tambahan. Dalam karya ini, kami mengeksplorasi efek BiF₃ :Ln@PVP NP pada saluran GI pada tikus telanjang.

Gambar 8A menunjukkan bahwa bentuk lambung dan usus halus menjadi terlihat setelah pemberian BiF secara oral₃ :Suspensi Ln@PVP NP (20 mg/mL, 300 μL) selama 15 mnt. Pada 30 menit, BiF₃ :Ln@PVP NP dimetabolisme dengan gerakan peristaltik lambung. Morfologi lambung menjadi melemah. Pada 120 mnt, sebagian besar BiF₃ :Ln@PVP NP dimetabolisme dari perut, dan hanya garis perut yang tersisa yang terlihat. BiF₃ :Ln@PVP NP mulai muncul di kontur usus besar pada 6 jam, menunjukkan bahwa nanopartikel mulai diperkaya di usus besar; morfologi usus besar terlihat jelas pada 12 jam. Sebagian besar BiF₃ :Ln@PVP NP diekskresikan dan hanya sebagian kecil yang tersisa pada 24 jam. Kami tidak dapat mengamati morfologi GI pada interval 48 jam, yang menunjukkan bahwa semua BiF₃ :Ln@PVP NP dikeluarkan dari saluran GI. Setelah nanopartikel sepenuhnya dikeluarkan dari saluran GI, tikus dikorbankan dan perut, usus kecil dan usus besar dikeluarkan untuk uji H&E untuk mengevaluasi toksisitas GI dari BiF₃ :Ln@PVP NP. Gambar 8B tidak menunjukkan perubahan histologis yang jelas pada lambung, usus halus, atau usus besar setelah 48 jam pemberian BiF secara oral₃ :NP Ln@PVP menunjukkan bahwa NP BiF3:Ln@PVP tidak memiliki toksisitas yang signifikan terhadap saluran GI. Hasil ini menunjukkan bahwa BiF₃ :Ln@PVP NPs dapat digunakan sebagai agen kontras CT potensial untuk saluran GI untuk meningkatkan kinerja pencitraan CT saluran GI, sementara tidak memiliki toksisitas yang jelas pada saluran GI.

A Gambar CT saluran GI setelah pemberian oral BiF_3: Ln@PVP NP pada interval yang berbeda (0, 15 mnt, 30 mnt, 120 mnt, 6 j, 12 j, 24 j, dan 48 j). B Gambar pewarnaan H&E lambung, usus kecil, dan usus besar sebelum dan sesudah pemberian oral BiF3:Ln@PVP NP (bilah skala, 200 µm). “S”, “SI”, dan “LI” masing-masing mewakili lambung, usus halus, dan usus besar

Hasil ini menunjukkan bahwa BiF₃ :NP Ln@PVP memiliki potensi sebagai agen kontras CT klinis untuk pencitraan tumor dan gastrointestinal. Namun, karena keterbatasan ukuran partikel, BiF₃ :Ln@PVP NP tidak dapat mencapai efek peningkatan permeabilitas dan retensi (EPR) yang baik [46]. Keamanan biologis jangka panjang dari BiF₃ :Ln@PVP NP dan proses metabolisme in vivo memerlukan studi lebih lanjut.

Kesimpulan

Di sini, kami mensintesis agen kontras CT baru melalui proses hidrotermal. Data TEM menunjukkan bahwa BiF₃ :Ln@PVP NP memiliki struktur bola seragam dengan ukuran rata-rata sekitar 380 nm. Spektrum FTIR menunjukkan bahwa PVP berhasil dibungkus pada permukaan nanopartikel untuk meningkatkan keamanan biologis nanopartikel. Kami kemudian membandingkan efek pencitraan CT in vitro dengan Iohexol di bawah tegangan operasi yang berbeda. Hasilnya menunjukkan bahwa BiF₃ :NP Ln@PVP memiliki kemampuan redaman sinar-X yang lebih baik daripada Iohexol. Studi biokompatibilitas menunjukkan bahwa BiF₃ :Ln@PVP NP tidak memiliki toksisitas yang jelas terhadap organ utama in vivo. Terakhir, kemampuan redaman sinar-X yang baik memungkinkan BiF₃ :Ln@PVP NPs memiliki efek pencitraan kontras yang baik in vivo untuk berhasil memvisualisasikan saluran GI secara detail tanpa menyebabkan kerusakan pada saluran GI. Oleh karena itu, pekerjaan kami menawarkan agen kontras CT efisiensi tinggi dengan stabilitas larut dalam air yang baik, keamanan hayati yang baik, dan efisiensi tinggi. Fitur-fitur ini menjadikannya kandidat potensial untuk agen kontras klinis.

Ketersediaan data dan materi

Kumpulan data yang digunakan dan/atau dianalisis selama studi saat ini tersedia dari penulis terkait atas permintaan yang wajar.

Singkatan

CT:

Computed tomography

PVT:

Polivinilpirolidon

GI:

Pencernaan

PLAL:

Ablasi laser berdenyut dalam cairan

Bi:

Bismut

Hm:

Gadolinium nitrat

Yb:

Iterbium

Er:

Erbium

Au:

Emas

Ta:

Tantalum

Pt:

Platina

Saya:

Yodium

NP:

Partikel nano

CCK-8:

Kit penghitung sel-8

RPMI:

Institut Peringatan Taman Roswell

FBS:

Serum janin sapi

Ln:

Lantanida

DI:

Air deionisasi

TEM:

Mikroskop elektron transmisi

EDS:

Spektrum dispersi energi

FTIR:

Spektroskopi inframerah transformasi Fourier

XRD:

Difraksi sinar-X serbuk

DLS:

Hamburan cahaya dinamis

PI:

Propidium iodida

H&E:

Hematoksilin–eosin

HU:

Satuan Hounsfield

EPR:

Peningkatan permeabilitas dan retensi

Memperluas Bandwidth Beberapa Lapisan Absorber dengan Menempatkan Dua Resonator Rugi Tinggi Penta-graphene Rekayasa Cacat dan Doping untuk Katalisis Reaksi Evolusi Hidrogen