Nanopartikel FePt Lapisan Polipirrol: Platform Multifungsi untuk Terapi Fototermal dan Citra Fotoakustik

Abstrak

Platform nanopartikel besi–platinum (FePt) baru, dikapsulasi dengan polipirrol (PPy), telah dirancang untuk menggabungkan terapi fototermal (PTT) dan citra fotoakustik (PAI) untuk pengobatan kanker. Nanopartikel FePt@PPy yang dilapisi PPy menunjukkan kompatibilitas biologis yang baik, stabilitas fototermal, dan absorpsi inframerah dekat (NIR) yang kuat, memungkinkan ablasi tumor yang efisien di bawah iradiasi laser 808‑nm dan pembuatan sinyal PA yang kuat. Studi in vitro mengonfirmasi pembunuh sel kanker yang potente dan kontras PA yang jelas, memposisikan FePt@PPy sebagai agen teranostik multifungsi yang menjanjikan.

Latar Belakang

Terapi fototermal telah muncul sebagai pendekatan yang sangat selektif dan minimal invasif untuk ablasi kanker, berkat kontrol spasial‑temporal yang presisi dan toksisitas sistemik yang terbatas [1,2]. Dengan mengubah cahaya NIR menjadi panas, nanopartikel FePt menawarkan efisiensi konversi fototermal yang superior dibandingkan dengan logam mulia dan menyediakan kontras CT/MRI ganda [5,6,7]. Namun, fungsionalisasi permukaan tetap penting untuk meningkatkan stabilitas air dan kompatibilitas biologis. Polipirrol, polimer konduktif dengan absorpsi NIR yang kuat, stabilitas fototermal, dan kompatibilitas biologis, telah berhasil digunakan dalam berbagai konteks biomedis [11,12,13]. Studi ini melaporkan sintesis nanopartikel FePt yang dilapisi PPy (FePt@PPy) dan mengevaluasi performanya untuk PTT dan PAI yang digabungkan.

Metode

Bahan

Semua reagen, termasuk Pt(acac)₂, Fe(CO)₅, 3‑merkapto­propio­asid (3‑MPA), pirrol, dan lainnya, dibeli dari Sigma‑Aldrich dan digunakan tanpa pemurnian lebih lanjut. Reagen dan media kultur sel diperoleh dari HyClone. Air destilasi digunakan untuk semua persiapan akuosa.

Sintesis Nanopartikel FePt@PPy

Pembuatan melibatkan tiga langkah berturut‑turut:

1. Sintesis nanopartikel FePt hidrofobik: Pt(acac)₂, Fe(CO)₅, 1,2‑heksadekan­diol, oleil amina, dan asam oleat direfluks pada 240 °C di bawah Argon. Nanopartikel FePt yang dihasilkan dikoleksi melalui sentrifugasi dan dicuci dengan heksana.
2. Pertukaran ligan untuk mendapatkan nanopartikel FePt hidrofilik: 3‑MPA diperkenalkan untuk mengganti oleil amina/asam oleat, menjadikan partikel larut dalam air. Nanopartikel hidrofilik diisolasi melalui sentrifugasi dan dicuci dengan sikloheksanon, etanol, dan aseton.
3. Lapisan polipirrol: Nanopartikel FePt hidrofilik dispersi dalam air, distabilkan dengan PVA, dan polimerisasi dengan pirrol dalam kehadiran persulfat ammonium. Setelah 2 jam polimerisasi, nanopartikel FePt@PPy dikonsentrifugasi, dicuci dengan air panas, dan disuspendasi kembali dalam PBS.

Karakterisasi

Mikroskopi elektron transmisi (TEM) mengungkapkan diameter inti 8,3 nm dan ketebalan cangkung PPy ~10 nm, menghasilkan ukuran keseluruhan 42 nm. Spektroskopi X‑ray dispersif energi mengonfirmasi rasio Fe:Pt 20:80. Spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR) mengonfirmasi kehadiran grup fungsional PPy. Spektra UV‑Vis‑NIR menampilkan pita absorpsi yang mencolok di seluruh 700–900 nm, yang menunjukkan aktivitas NIR yang kuat.

Pengujian Fototermal dan Stabilitas Foto

Larutan FePt@PPy (20–120 µg mL⁻¹) diiradiasi dengan laser 808‑nm (1 W cm⁻², 6 menit). Kenaikan suhu bervariasi dari 39 °C (20 µg mL⁻¹) hingga 71 °C (120 µg mL⁻¹). Siklus pemanasan/pengudaran (enam kali ulang) menunjukkan deviasi suhu yang kecil dan spektrum UV‑Vis yang tidak berubah, mengonfirmasi stabilitas fototermal yang baik.

Penyimpanan Jangka Panjang

Nanopartikel yang disimpan pada 4 °C dalam PBS atau media kultur sel mempertahankan ukuran (< 45 nm) dan karakteristik absorpsi selama 30 hari, yang menunjukkan stabilitas koloid yang kuat.

Sitotoksisitas Seluler dan Penyerapan

Uji MTT pada sel kanker payudara MDA‑MB‑231 menunjukkan >95 % keberadaan bahkan pada 120 µg mL⁻¹ FePt@PPy, sedangkan FePt tidak dilapisi menunjukkan ~80 % keberadaan. Pewarnaan Prussia blue mengonfirmasi internalisasi seluler yang efisien.

Terapi Fototermal In Vitro

Setelah inkubasi 24 jam dengan FePt@PPy (10–100 µg mL⁻¹) diikuti oleh iradiasi 808‑nm (1 W cm⁻², 4–6 menit), keberadaan sel menurun secara bergantung pada dosis dan waktu. Pada 100 µg mL⁻¹ dan 6 menit iradiasi, ~70 % sel terbunuh, melampaui banyak sistem yang dilaporkan pada daya laser yang serupa.

Eksperimen Pemanasan In Vivo

Injeksi subkutan 100 µL FePt@PPy (100 µg mL⁻¹) pada tikus nude diikuti oleh iradiasi 808‑nm (1 W cm⁻², 6 menit) meningkatkan suhu kulit sekitar 19 °C, melokalkan efek termal ke lokasi injeksi.

Citra Fotoakustik In Vitro

Studi fantom dengan 50–200 µg mL⁻¹ FePt@PPy menunjukkan kontras PA yang jelas yang meningkat seiring konsentrasi, menegaskan potensi untuk foto­terapi yang dipandu citra.

Kesimpulan

Nanopartikel FePt yang dilapisi polipirrol menggabungkan absorpsi NIR yang tinggi, konversi fototermal yang kuat, kompatibilitas biologis yang baik, dan pembuatan sinyal PA yang kuat. Performa mereka in vitro dan in vivo menekankan janji mereka sebagai agen multifungsi untuk terapi fototermal dan citra fotoakustik yang digabungkan.