Nanopartikel Emas: Meningkatkan Aplikasi Diagnostik dan Terapis dalam Kedokteran – Tinjauan Komprehensif
Abstrak
Obat berbasis logam memiliki warisan berusia 4.000 tahun, dengan senyawa platinum yang diperkenalkan oleh cisplatin lebih dari empat dekade yang lalu. Kemajuan terbaru menunjukkan bahwa nanopartikel logam, terutama nanopartikel emas (AuNPs), menunjukkan sifat fisikokimia unik yang melampaui kontrapart massa mereka. AuNPs disetujui FDA untuk peran dalam pengiriman obat, terapi fototermal, kontras imaging, radiosensitisasi, dan transaksi gen. Tinjauan ini mencakup potensi diagnostik dan terapeutik AuNPs, menyoroti sistem yang disetujui uji klinis, mengatasi masalah keamanan, dan garis besar arah masa depan untuk nanomedisin yang lebih aman dan lebih efektif.
Pendahuluan
Nanoteknologi telah membuka era baru dalam diagnostik dan terapi. AuNPs, dihargai karena stabilitas, ukuran yang dapat disesuaikan, dan affinitas tiol yang kuat, dapat difungsionalkan dengan ligand targeting, ajen imaging, atau terapeutik. Luas permukaan besar mereka memungkinkan pemasangan simultan beberapa mojib, yang memungkinkan pengiriman yang tepat, imaging waktu nyata, dan terapi sinergis. AuNPs mempertahankan biokompatibilitas logam massa namun menawarkan penyerapan sel dan farmakokinetika yang ditingkatkan. Potensi klinis mereka mencakup pengiriman obat untuk kanker stadium lanjut, ajen fototermal untuk kanker prostat dan jerawat, dan lebih banyak lagi.
Nanopartikel Emas
AuNPs adalah koloid padat yang bervariasi dari 1–100 nm. Resonansi plasmon permukaan (SPR), bentuk, dan kimia mereka menentukan perilaku optik, katalitik, dan biologis. Terdapat dua rute sintesis utama: metode fisik top-down (misalnya, penggerusan, litografi) dan pendekatan kimia bottom-up. Yang terakhir, ditampilkan oleh reduksi sitrat Turkevich, menghasilkan bola 15–150 nm; reduser alternatif (NaBH₄, CTAB, asam askorbat) memungkinkan kontrol ukuran dan bentuk. Metode hijau yang berkembang—plasma-in-liquid yang diinduksi mikrogolombang dan sintesis berbasis tumbuhan—menghilangkan kimia toksik dan meningkatkan biokompatibilitas.
Ringkasan Sintesis
Sintesis AuNP: reduksi sitrat (A) vs. pendekatan dua fasa Brust–Schiffrin (B). Sumber: De Gruyter (2013). TOAB bromida tetrabutilamonium, SH molekul tiolasi.
Aplikasi Biologis AuNPs
Penggunaan medis logam yang berumur panjang (seit 2600 BC) dan bukti non-toksis mendasari biokompatibilitas AuNPs. Luas permukaan tinggi AuNPs memungkinkan konjugasi ligand targeting, pewarna imaging, dan obat. Fungsionalisasi terjadi terutama melalui kimia tiol logam emas, namun kopling biotin-streptavidin dan karbodiimid juga berkontribusi. AuNPs unggul di tiga domain: pengiriman obat, diagnostik, dan terapi.
Pengiriman Obat
AuNPs mengatasi tantangan obat konvensional: bioavailability rendah, klarifikasi cepat, dan resistensi. Ukuran kecil mereka (≤ 100 nm) memfasilitasi akumulasi tumor yang di媒asi oleh EPR dan penyerapan sel. AuNPs melindungi muatan dari proteolisis, memperpanjang sirkulasi, dan memungkinkan rilis yang di-targetkan. Aplikasi termasuk kanker (cisplatin, doksorubicin), obesitas, dan jerawat. AuNPs multifungsi mengirimi obat dan ligand targeting secara bersamaan, meningkatkan efektivitas dan mengurangi toksisitas off-target.
Platform Diagnostik
Sifat optik AuNPs (LSPR, SERS, quenching fluorescens) mendukung berbagai biosensor. Assay aliran lateral (LFA) umumnya menggunakan AuNPs 30–40 nm untuk deteksi colorimetrik RNA virus, antigen bakteri, dan antibodi. Sebagai contoh, assay AuNP-ASO mendeteksi RNA SARS-CoV-2 dalam ~10 menit, dengan batas deteksi 0,18 ng/µL. Assay ini bebas instrumen, cepat, dan hemat biaya.
Deteksi colorimetrik SARS-CoV-2 menggunakan AuNPs yang dilapisi ASO. Direproduksi dari ACS Nano (2020).
Kontras Imaging
Nomor atom tinggi dan kepadatan elektron AuNPs memberikan peredaman X-ray yang lebih unggul dibandingkan iodium. AuNPs yang di-targetkan dikonjugasi dengan aptamer PSMA atau nucleolin mencapai peningkatan sinyal CT >4 kali lipat dalam model kanker prostat atau paru-paru. CT in vivo AuNPs yang mengikat kolagen mengungkapkan presistensi dalam darah hingga 6 jam, jauh melebihi setengah hayat iodium. Performa serupa dilaporkan untuk kontras fotoakustik, nuklir, ultrasonografi, dan MRI.
Imaging CT in vivo AuNPs yang mengikat kolagen (A) dan targeting nodus limfa (B). Direproduksi dari Elsevier (2018).
Aplikasi Fluorescens dan FRET
AuNPs berukuran kuantum (≤5 nm) menunjukkan fluorescens dan bertindak sebagai penggerak FRET yang efisien. Sensor imunos elektrokimia berbasis AuNPs mencapai sensitivitas pg/mL untuk PSA dan enolase spesifik neuron. Sistem FRET memungkinkan pemantauan waktu nyata dari binding biomarker dan ekspresi gen seluler.
Assay Bio-barkod
Barkod mikro-partikel magnetik–AuNP memungkinkan deteksi protein dan asam nukleat yang ultra-sensitif, melebihi ELISA oleh 5 orde magnitudo. Contoh termasuk deteksi HIV-1 p24 dan PSA pada level fg/mL.
Terapi Berbasis AuNP
AuNPs dapat bertindak sebagai ajen terapi itu sendiri (misalnya, antioksidan, anti-angiogenik, anti-inflamasi) atau sebagai pengiriman obat. AuNPs tidak dimodifikasi menampilkan efek antikanker, anti-artritis, dan anti-obesitas melalui generasi ROS dan akumulasi EPR. Fungsionalisasi permukaan dengan obat, peptida, atau aptamer meningkatkan spesifikitas dan efektivitas lebih lanjut.
Terapi Fototermal (PTT)
AuNPs mengubah cahaya NIR menjadi panas dalam pikosekon, memungkinkan hipertermia jaringan dalam. AuNRs, nanokerucut, dan nanobola disesuaikan untuk tumor superficial atau dalam. PTT sinergis dengan kemoterapi (misalnya, Doksorubicin, 5-FU) dan imunoterapi, meningkatkan kematian sel sambil menormalkan jaringan.
Tindakan Antimikroba dan Antivirus
AuNPs merusak membran bakteri, menghasilkan ROS, dan menghambat ekspresi gen, mengatasi patogen MDR. Konjugasi dengan antibiotik (kanamisin, kefaklor) memulihkan potensi terhadap strain resistan. AuNPs juga menunjukkan aktivitas antiviral terhadap influenza, campak, dengue, dan HIV dengan mengirimi ajen antiviral atau secara langsung menutralisir virion.
Terapi Gen dan Transaksi
AuNPs berfungsi sebagai vektor non-virus dengan efisiensi transaksi tinggi in vitro dan in vivo. AuNPs kationik yang dimuat siRNA atau plasmida mencapai >70% penurunan, unggul dibandingkan reagen komersial. Permukaan konduktif mereka juga meningkatkan efektivitas elektroporasi.
Pertimbangan Toksisitas
Meskipun AuNPs umumnya iners, ukuran, bentuk, muatan, dan kimia permukaan mempengaruhi distribusi biologis dan toksisitas. Partikel kecil (<2 nm) menembus organela, yang berpotensi menyebabkan kerusakan tidak dapat diperbaiki; partikel besar (>15 nm) tetap sitoplasma. Permukaan netral yang di-PEGylated mengurangi pembentukan korona protein dan klarifikasi oleh sistem endotel retikuloendotel (RES). Dosis, waktu paparan, dan rute administrasi juga mempengaruhi keamanan. Studi bertujuan mengoptimalkan lapisan permukaan dan sintesis hijau untuk mengurangi risiko.
Aplikasi Klinis
Beberapa formulasi AuNP telah memasuki uji klinis. CYT-6091 (cAuNPs 27-nm dimuat TNF-α) menunjukkan akumulasi selektif tumor dan keamanan yang ditingkatkan dibandingkan sitokain bebas. AuroLase® (nanoshells silika-emas) disetujui untuk terapi fototermal jerawat. Uji klinis yang berkembang mengevaluasi AuNPs untuk kanker kepala/leher, tumor paru, dan gangguan metabolik. Sukses ini menggarisbawahi potensi translasi AuNPs sambil menyoroti kebutuhan akan profil keamanan yang ketat.
Kesimpulan dan Perspektif Masa Depan
Nanopartikel emas menawarkan platform serbaguna untuk diagnostik, imaging, dan terapi secara simultan. Pengembangan lanjutan sintesis, fungsionalisasi, dan kimia hijau akan memperluas adopsi klinis. Mengatasi toksisitas melalui rekayasa permukaan dan studi in vivo yang komprehensif tetap penting untuk sepenuhnya merealisasikan janji terapeutik AuNPs.
Ketersediaan Data dan Bahan
Semua data yang dirujuk di sini berasal dari publikasi yang direview oleh rekan.
