Nanobintang Emas Lapisi PEG: Agen Kontras CT Aman dan Tinggi dengan Penyisiran Ginjal Cepat

Abstrak

Sonda emas berkembang menjadi alat transformatif untuk diagnosis penyakit dalam tomografi komputer (CT). Dibandingkan agen iodin molekul kecil, nanopartikel menawarkan deteksi in vivo yang superior karena luas permukaan yang lebih besar dan properti fisikokimia yang dapat disesuaikan. Di sini kami melaporkan sintesis nanopintar emas berbentuk bintang (AuNS@PEG) yang fungsionalisasi polietilena glikol (PEG) yang menunjukkan koefisien serapan mass sinar X yang tinggi, ukuran ultrasempit, klarifikasi metabolik yang efisien, dan biocompatibilitas yang luar biasa. Pemeriksaan CT in vivo mengonfirmasi bahwa AuNS@PEG memberikan peningkatan kontras yang kuat, memosisikannya sebagai agen kontras generasi depan yang menjanjikan.

Latar Belakang

Sepuluh tahun terakhir telah melihat kemajuan cepat dalam teknologi nanopartikel (NP) untuk aplikasi biomedis, didorong oleh bahan yang beragam dan rasio luas permukaan terhadap volume yang tinggi. Nanopartikel emas (Au), khususnya, dihargai karena kimia yang iners, biocompatibilitas, dan nomor atom yang tinggi, menjadikannya ideal untuk peredaman sinar X. Agen kontras iod konvensional—molekul organik kecil seperti asam diatrizoik (DTA) dan ioheksol (Omnipaque)—menyediakan jendela imaging yang singkat dan membawa risiko toksisitas ginjal, terutama pada pasien dengan fungsi ginjal yang terpengaruh. Agen berbasis nanopartikel dapat memperpanjang waktu imaging, mengurangi nefrotoksisitas, dan meningkatkan efisiensi kontras, seperti yang ditunjukkan oleh Au dan Ag nanomaterial dalam studi terbaru.

Penstrukturan emas menjadi bentuk bintang meningkatkan luas permukaan efektif, mempelbur peredaman sinar X per satuan massa. Fungsionalisasi dengan PEG lebih meningkatkan dispersibilitas air, mengurangi adsorpsi protein, dan memfasilitasi klarifikasi ginjal, mengatasi tantangan utama toksisitas nanopartikel dan biodistribusi.

Metode

Semua protokol eksperimental disetujui oleh Komite Etik Daerah, Universitas Medik Jinzhou, Provinsi Liaoning, Tiongkok.

Bahan dan Alat

Reagen diperoleh dari Sigma-Aldrich (St. Louis, MO) dan digunakan seperti yang diterima kecuali dinyatakan lain. AuNS@PEG dikarakterisasi dengan mikroskopi elektron transmisi (TEM), spektroskopi energi dispersif sinar X (EDX), spektroskopi fotoelektron sinar X (XPS), spektroskopi UV-vis, pencitraan cahaya dinamis (DLS), dan uji keberadaan MTT.

Sintesis Nanopartikel Au Nanostar/PEG (AuNS@PEG)

Pertumbuhan berbasis benih menghasilkan benih emas 10-nm melalui reduksi HAuCl₄ dalam air, diikuti oleh injeksi oleilamina dan pembersihan berikutnya. Au nanostar (≈50 nm) ditumbuhi dengan mencampur AgNO₃ dan asam askorbat dengan larutan benih emas, lalu di-passivasi dengan PEG thiolated (6 kDa) dalam berlebih. AuNS@PEG akhir difurnirkan melalui sentrifugasi berulang/pencairan ulang dan disimpan dalam air.

Budidaya Sel dan Paparan

Neuroglia tikus primary dibudidayakan dalam DMEM yang dilengkapi dengan 10% FBS, 100 U mL⁻¹ penisilin, dan 100 µg mL⁻¹ streptomisin. Sel diekspos ke AuNS@PEG (50–1000 ppm) selama 2 jam; kontrol menerima media saja.

Hewan dan Perlakuan

Tikus Sprague-Dawley jantan (180–200 g) dipejam di bawah kondisi standar. Dua grup ditetapkan: kontrol (injeksi vena ekor PBS) dan uji (200 µg mL⁻¹ AuNS@PEG). Setelah injeksi, tikus dipantau dan disembelih pada titik waktu yang ditentukan untuk pengumpulan jaringan.

Uji Keberadaan Sel

Neuroglia ditanam pada 1 × 10⁴ sel mL⁻¹ dalam plates 96-pond dan treated dengan AuNS@PEG (0–1000 ppm). Setelah 24 jam, uji MTT mengukur aktivitas metabolik; absorbansi dibaca pada 490 nm.

Sitofluometri

Apoptosis dievaluasi dengan pewarnaan annexin V-APC/7-AAD setelah paparan 2 jam ke AuNS@PEG, diikuti oleh analisis BD FACSCanto II.

Pemeriksaan CT

Pemeriksaan CT in vivo dilakukan pada pemindai GE 128-baris (120 kV, 100 mA, ketebalan iris 0,625 mm). Gambar diambil sebelum injeksi dan pada 0,5, 1, 2, 6, dan 24 jam setelah injeksi.

Analisis Histologis

Jantung, hati, ginjal, tihu, paru-paru, dan usus diperbaikan, diiris, dan diwarnai H&E untuk evaluasi morfologis.

Penilaian Fungsi Ginjal

Serum BUN, kreatinin, β₂-MG, dan CO₂ diukur sebelum dan 24 jam setelah injeksi untuk mengevaluasi nefrotoksisitas.

Analisis Statistik

Data disajikan sebagai rata-rata ± standar deviasi. ANOVA satu arah dengan uji lanjutan Tukey (p < 0,05) digunakan untuk menilai signifikansi.

Hasil dan Pembahasan

Sintesis dan Karakterisasi Nanopartikel AuNS@PEG

Gambar TEM (Gambar 1a) mengonfirmasi morfologi berbentuk bintang yang seragam dengan diameter rata-rata ~50 nm. Spektrum EDX (Gambar 1c) dan XPS (Gambar 1b) memverifikasi keberadaan Au dan PEG pada permukaan nanopartikel, mengonfirmasi fungsionalisasi yang berhasil.

Mikrograf elektron transmisi AuNS@PEG nanopartikel (a), XPS (b), dan EDX (c)

Nilai CT Nanopartikel AuNS@PEG

AuNS@PEG menunjukkan peredaman CT yang lebih tinggi daripada iodin pada konsentrasi yang setara (Gambar 2a). Hubungan linier antara nilai CT (HU) dan konsentrasi Au (Gambar 2b) menunjukkan kontras imaging yang dapat diprediksi.

Peredaman CT vs. konsentrasi Au (a) dan gambar pada berbagai konsentrasi (b)

Uji Sitatoksisitas

Uji MTT menunjukkan keberadaan sel >90% pada 1000 ppm, tanpa sitotoksisitas yang signifikan hingga 200 ppm (Gambar 3a). Sitofluometri mengonfirmasi apoptosis yang insignifikan di semua konsentersi yang diuji (Gambar 3b).

Keberadaan sel (a) dan profil apoptosis (b) di seluruh konsentrasi AuNS@PEG

Pemeriksaan CT In Vivo dan Biodistribusi

Injeksi intravena (200 ppm) menghasilkan peningkatan ginjal yang jelas, dengan nilai HU ginjal puncak naik dari 95 ke 464 HU dalam 2 jam (Gambar 4). Pemeriksaan CT berikutnya menunjukkan klarifikasi progresif, dengan visualisasi kandung kemih lengkap pada 24 jam, mengonfirmasi eksresi ginjal yang efisien.

Gambar CT sebelum injeksi (a) dan pada 0,5, 1, 2, 6, dan 24 jam setelah injeksi (b–f)

Pewarnaan H&E

Histologi jantung, hati, tihu, paru-paru, ginjal, dan usus setelah 24 jam tidak menunjukkan patologi yang terlihat atau nanopartikel yang tersisa (Gambar 5).

Biris jaringan yang diwarnai H&E: a jantung, b hati, c tihu, d paru-paru, e ginjal, f usus (skala bar 100 µm)

Studi Fungsi Ginjal Nanopartikel AuNS@PEG

Marker serum (BUN, kreatinin, β₂-MG, CO₂) diukur 24 jam setelah injeksi tidak menunjukkan perubahan yang signifikan dibandingkan dengan dasar, yang menunjukkan tidak ada gangguan ginjal (Tabel 1).

Kesimpulan

Nanobintang emas lapisi PEG dengan diameter ~50 nm menunjukkan peredaman sinar X yang tinggi, biocompatibilitas yang luar biasa, dan klarifikasi ginjal yang cepat. Profil keamanan yang menguntungkan dan performa kontras yang unggul menjadikannya kandidat kuat untuk pemeriksaan CT klinis, menawarkan alternatif yang lebih aman daripada agen iodin.