Tinjauan
Pendahuluan
Nanoteknologi, studi dan manipulasi materi pada skala 1–100 nm, mendorong perubahan transformatif di seluruh teknik dan ilmu kehidupan. Dengan merangka materi dan perangkat fungsional pada tingkat atom, peneliti dapat menciptakan sistem yang berinteraksi langsung dengan sel dan biomolekul. Konsep ini, pertama kali diungkapkan oleh Feynman pada tahun 1950 dan kemudian dikembangkan oleh Drexler, Freitas, dan lainnya, mem envision nanorobot yang memperbaiki jaringan pada tingkat molekular. Sejak peluncuran Inisiasi Nasional Nanoteknologi pada tahun 2000, investasi—AS $3,7 miliar, Uni Eropa €1,2 miliar, Jepang ¥750 juta—telah mempercepat kemajuan dalam nanofotonika, nanoelektronika, dan modelisasi biofisik, membuka jalan bagi nanodevice medis.
Nanosistem Farmasetika
Nanoteknologi farmasetika secara luas dibagi menjadi nanomaterial dan nanodevice. Nanomaterial—polymerik, non-polymerik, nol-, satu-, dua-, atau tiga dimensi—termasuk nanopartikel, misel, dendrimer, titik kuantum, dan inti logam. Nanodevice mencakup MEMS/NEMS, mikroarray, dan respirosite, masing-masing dirancang untuk berinteraksi dengan sistem biologis pada tingkat molekular, memungkinkan presisi diagnostik dan terapeutik yang tak tertandingi.
Pendekatan Manufaktur
Strategi bottom-up (misel invers, CVD, sol-gel, self-assembly) membangun struktur dari tingkat molekular, sementara metode top-down (penggilingan, depoersi uap, litografi) membentuk material yang sudah ada menjadi fitur skala nano. Pendekatan hibrida menggabungkan keduanya, menawarkan serbaguna dalam ukuran, bentuk, dan fungsionalitas permukaan partikel. Rute manufaktur ini diringkas dalam Tabel 2.
Aplikasi Biomedis Nanoteknologi Canggih
Pengambilan Citra
Nanopartikel berukuran 10–100 nm berfungsi sebagai penangkap untuk modifikasi pada tingkat molekular, memungkinkan pengambilan citra situs spesifik sel kanker. Kemajuan terbaru termasuk sonda radionuklida, titik kuantum, nanopartikel magnetik, dan biosensor berbasis nanopartikel emas, yang bersama-sama meningkatkan akurasi diagnostik dan target terapeutik.
Pengambilan Citra Radionuklida
Pengambilan citra radionuklida melacak biomarker yang diberi radiolabel in vivo, mengatasi keterbatasan agen kontras molekul kecil. Misalnya, citra PET dari resistensi multidroga menggunakan 99mTc-tetrofosmin dan sestamibi untuk mengeksplorasi aktivitas P-glikoprotein pada tumor [32, 33]. Nanokarier seperti liposom dan dendrimer memungkinkan pemuatan radionuklida dengan kapasitas tinggi, meningkatkan rasio sinis-ke-bisu.
Titik Kuantum
Titik kuantum semikonduktor, dengan fluoresensi yang bergantung pada ukuran, menawarkan kecerahan, fotostabilitas, dan spektrum yang dapat disetel yang unggul dibandingkan warna konvensional. Desain inti-kulit (misalnya, CdSe/ZnS) memberikan stabilitas kimia, sementara ligan permukaan memungkinkan target spesifik. Karya terbaru menunjukkan konjugat titik kuantum untuk pengambilan citra kanker prostat pada tikus [42] dan mengurangi toksisitas dengan menggunakan inti bebas kadmium (CuInS₂/ZnS) yang diekskresikan secara efisien saat diameter <5,5 nm [45, 46].
Biosensor
Elektroda yang dimodifikasi nanopartikel emas (misalnya, elektroda karbon kaca) secara signifikan meningkatkan penempelan antibodi atau enzim, meningkatkan sensitivitas untuk biomarker seperti gonadotropin korionik manusia [54, 55]. Nanotubos karbon dan nanopartikel magnetik juga menyumbangkan luas permukaan tinggi dan properti elektronik atau magnetik unik, memperluas aplikasi biosensor ke deteksi DNA, uji protein, dan pemantauan lingkungan [60–70].
Nanopartikel Magnetik
Oksida besi superparamagnetik (SPIOs) dan SPIOs ultra-kecil (USPIOs) berfungsi sebagai agen kontras MRI dan penangkap obat. Mereka memungkinkan pengambilan citra tumor hati sekecil 2–3 mm dan metastasis nodus limfatik 5–10 mm, mendukung penjadwalan perawatan dan staging awal pada kanker payudara, usus besar, dan prostat [70–73].
Pengiriman Obat
Platform pengiriman obat berbasis nanopartikel—liposom, nanopartikel lipid padat, dendrimer, dan nanopartikel logam—mengatasi keterbatasan farmakokinetika formulasi konvensional, mencapai >75 % penjualan nanomedisin [74]. Mereka meningkatkan bioavailabilitas, mengurangi toksisitas sistemik, dan memungkinkan pelepasan terkontrol.
Okulmologi
Pengiriman obat mata tetap menantang karena halangan kompleks mata. Nanokarier seperti nanopartikel PLGA, partikel chitosan-gelatin, dan rangkaian dendrimer meningkatkan penetrasi kornea, memperpanjang waktu tinggal, dan menyediakan pelepasan berkelanjutan agen anti-inflamasi, anti-infeksi, dan anti-glaukoma [80–86]. Misalnya, nanopartikel PLGA yang dimuat pranoprofen dalam hidrogel menunjukkan reologi yang superior dan kepatuhan pasien [80].
Pulmonologi
Penyakit paru—termasuk COPD, kanker paru, dan tuberkulosis—bermanfaat dari nanopartikel dapat dihirup yang menyampaikan terapi langsung ke situs target. Nanopartikel PLGA dan gelatin, partikel Janus, dan dendrimer PAMAM telah menunjukkan peningkatan penyerapan, toksisitas sel yang lebih rendah, dan hasil terapeutik yang ditingkatkan dalam model praliklinis [90–97]. Nanopartikel logam dan polimer yang dirancang lebih lanjut mendukung pengiriman vaksin dan modulasi homeostasis imun paru [96–97].
Sistem Kardiovaskular
Penyakit kardiovaskular tetap menjadi penyebab utama morbilitas di seluruh dunia, dengan >9 juta kematian setiap tahun [99–100]. Nanokarier—seperti liposom chitosan untuk sirolimus, nanopartikel PLGA untuk penangkal faktor pertumbuhan derivada trombosit, dan partikel polimer untuk pengiriman VEGF—menawarkan terapi terarah untuk restenosis, ischemi miokard, dan gagal jantung, meningkatkan hasil fungsional dalam model hewan [102–106].
Onkologi
Nanomedisin meningkatkan indeks terapeutik kemoterapi dengan mengeksploitasi efek penetrasi dan retensi yang ditingkatkan (EPR) dan strategi target aktif (penempelan ligan, karier respons stimulus). Nanokarier terbiodegradasi yang dimuat tamoksifen, doxorubisin, sitraplatin, oksaliplatin, atau 5-fluorouracil mencapai pelepasan berkelanjutan, akumulasi tumor yang lebih tinggi, dan toksisitas sistemik yang lebih rendah, seperti yang ditunjukkan dalam model kanker payudara, paru, dan usus besar [126–129].
