Nanopartikel Iridium Bebas Ligand: Sintesis Aqueous Sederhana dan Biokompatibilitas In‑Vitro
Abstrak
Nanopartikel anorganik padat tinggi muncul sebagai agen yang kuat dalam obat berbasis radiasi, dari citra X-ray hingga peningkatan dosis radioterapi. Kami melaporkan sintesis aqueous yang terukur yang menghasilkan nanopartikel iridium (IrNPs) 2–3 nm melalui reduksi klorida iridium(III) borohidrida. Menakjubkan, metode ini menghasilkan partikel monodisperse yang seragam, bebas ligand, tanpa surfaktan atau stabilisator. Mikroskopi elektron transmisi dan diffraksi sinar X mengonfirmasi inti kristal iridium partikel, sementara uji in-vitro pada garis sel hepatosit dan makrofag menunjukkan toleransi hingga 10 µM IrNPs dan 10 µM klorida iridium(III). Studi hemolisis tidak menunjukkan kerusakan sel darah merah yang signifikan pada konsentrasi hingga 100 µM. Temuan ini menggarisbawahi janji IrNPs untuk aplikasi in-vivo di masa depan.
Latar Belakang
Nanopartikel logam mulia adalah pusat dari nanomedikasi berkat properti optik, elektronik, dan katalitik unik mereka. Sementara nanopartikel emas dan perak telah banyak diteliti untuk sensor, terapi, dan penggunaan antimikroba, logam platinoid masih belum dieksploitasi dalam konteks biomedis. Iridium, dengan densitasnya yang luar biasa (22,56 g cm−3), ketahanan kimia, dan biokompatibilitas yang diketahui, menawarkan alternatif yang menarik bagi emas untuk aplikasi peningkatan radiasi. Studi yang ada tentang nanopartikel Z-tinggi telah difokuskan pada emas, bismut, dan hafnium; iridium belum dieksplorasi dalam hal ini meskipun memiliki sifat fisik dan kimia yang menguntungkan.
Densitas tinggi iridium mendasari kegunaannya dalam fisika radiasi—192Ir, isotop brakyterapi umum, menunjukkan bagaimana elemen yang padat dapat memberikan emisi gamma yang kuat. Namun, belum ada sintesis sistematik nanopartikel iridium bebas ligand yang cocok untuk penggunaan biologis yang dilaporkan. Kami bekerja mengisi kesenjangan ini dengan menyediakan protokol aqueous sederhana dan terukur serta penilaian komprehensif biokompatibilitas in-vitro.
Metode
Sintesis IrNPs
Semua reaksi dilakukan pada suhu ambien dalam air deionisasi bebas oksigen 18 MΩ. Larutan stok IrCl3 20 mM (Acros Organics) di-sonifikasi dan diaduk selama 20 min untuk membersihkan larutan. Larutan borane-morfolin 1,0 M (Alfa Aesar) juga di-sonifikasi. Untuk skala 500 mL, 25 mL IrCl3 1,0 mM dicampur dengan 5 mL borane-morfolin 10 mM di bawah pengadukan kuat. Campuran menjadi gelap dari coklat ke hitam selama 30 min, menunjukkan pembentukan nanoparticle. Setelah pengadukan tambahan selama 60 min, koloid dikonsentrasi menggunakan filter sentrifugal MWCO 10 kDa (Amicon Ultra‑4) pada 4000 × g, dicuci dengan air, dan difilter melalui filter jari-jari 0,22 µm (Millex‑MP) sebelum disimpan.
Karakterisasi Nanopartikel
Mikroskopi elektron transmisi resolusi tinggi (FEI Tecnai F‑20, 200 kV) digunakan untuk menggambar partikel pada grid karbon berlubang. Pola difraksi dianalisis dengan ImageJ untuk mengonfirmasi spasi jaringan 0,22 nm yang khas untuk iridium logam. Diffraksi sinar X (Rigaku Ultima IV, Cu Kα, 20–80° 2θ, 0,1° min−1) cocok dengan kartu PDF 9008470 untuk iridium elemen. Pencaharan cahaya dinamis (Malvern Nano ZSP) melaporkan diameter hidrodinamis ~5 nm. Spektrum UV‑Vis (Tecan M200 Pro) mengonfirmasi penyerapan IrNPs yang luas dan tidak berfitur dibandingkan puncak tajam IrCl3. Spektroskopi fotoelektron sinar X (PHI Versaprobe II) mengungkapkan permukaan Ir(0) yang dominan dengan ~20 % kontaminasi oksida. Spektrometri massa plasma tercupil (Agilent 7900) mengukur konsentrasi iridium dalam rentang ppb setelah pencernaan akuaraja.
Analisis Sittotoksisitas
Sel HepG2 (karsinoma hepatosit manusia) dan J774A.1 (makrofag tikus) ditanam pada 2 × 105 sel per lubang dalam plates 96-lubang (DMEM + 10% FBS) dan diinkubasi 24 jam. IrNPs, IrCl3, air, atau DMSO ditambahkan ke volume akhir 110 µL (10% v/v). Kehidupan sel dievaluasi setelah 24 atau 48 jam menggunakan Alamar Blue (10% v/v) dan bacaan fluoresensi (ex 530 nm/em 590 nm). Semua eksperimen dilakukan dalam empat kali pengulangan dan diulang pada hari-hari yang berbeda. Hemolisis dievaluasi dengan menginkubasi eritrosit dalam PBS dengan IrNPs pada 37 °C selama 1 jam dan mengukur rilis hemoglobin.
Hasil
Sintesis dan Karakterisasi Nanopartikel Iridium
Reduksi IrCl3 dengan kelipatan molar 10 kali borane-morfolin dalam air menghasilkan IrNPs monodisperse 2–3 nm dalam 30 min. Citra TEM (Fig. 1a) dan pola XRD (Fig. 1c) mengonfirmasi inti iridium yang sangat kristal. Partikel tetap stabil koloidal dalam air selama bulan-bulan (Fig. 1d). Dalam media basa, nanopartikel berubah menjadi oksida iridium, menyajikan nuansa biru; kondisi asam menginduksi flokulasi tanpa mengganggu struktur kristal. XPS menunjukkan permukaan terutama elemen dengan ~20 % oksida permukaan (Fig. 3). Upaya untuk menggunakan surfaktan tiol selama sintesis menghambat pembentukan partikel, menggarisbawahi kebutuhan lingkungan bebas ligand untuk pendekatan ini.
a IrNPs berukuran 2–3 nm dalam TEM; b menunjukkan jaringan kristal yang sangat baik; c XRD cocok dengan iridium elemen; d DLS menunjukkan ukuran hidrodinamis ~5 nm.
Sittotoksisitas Iridium
Dalam sel HepG2, IrCl3 meningkatkan aktivitas metabolik menjadi 115 % pada 24 jam tetapi jatuh menjadi 90 % pada 48 jam dengan 500 µM. IrNPs menurunkan kehidupan sel menjadi 78 % pada 50 µM setelah 48 jam. Makrofag (J774A.1) menunjukkan peningkatan metabolik sementara (122 % pada 24 jam) dengan 50 µM IrNPs, kembali menjadi ~98 % setelah 48 jam. Pada 500 µM, IrNPs menunjukkan kehidupan sel netral pada 24 jam tetapi menurunkan kehidupan sel setelah 48 jam, yang menunjukkan efek bergantung dosis. Uji hemolisis tidak menunjukkan lysis sel darah merah yang signifikan hingga 100 µM IrNPs.
Kehidupan sel HepG2 dan J774A.1 setelah paparan 24/48 jam terhadap IrNPs atau IrCl3 (*p < 0,05 vs. tidak dirawat).
Pembahasan
Sintesis nanomaterial iridium tradisional—reduksi hidrida, sinar UV/gamma, atau jalur poliol—dirancang untuk integrasi dukungan katalitik dan tidak cocok untuk aplikasi biologis. Pendekatan aqueous bebas ligand kami mengatasi keterbatasan ini dan menghasilkan partikel yang dapat difungsikan lebih lanjut. In-vitro, IrNPs menunjukkan toksisitas akut rendah, dengan konsentrasi yang dapat ditoleransi hingga 50 µM dalam hepatosit dan aktivitas hemolitik minimal. Stimulasi makrafag menunjukkan potensi untuk memodulasi respons imun, yang memerlukan studi mekanisme lebih lanjut.
Dengan pertimbangan densitas tinggi iridium, nanopartikel ini diharapkan meningkatkan peredaman radiasi, analog dengan performa 192Ir dalam brakyterapi. Pekerjaan masa depan akan menyelidiki distribusi in-vivo, pengosongan ginjal, dan efikasi terapeutik ketika digabungkan dengan sinar X atau gamma.
Kesimpulan
Kami telah menunjukkan bahwa kristal nan iridium(0) dapat disintesis melalui reduksi borohidrida sederhana dari IrCl3, menghasilkan IrNPs bebas ligand 2–3 nm, sangat kristal, dengan diameter hidrodinamis ~5 nm. Dalam paparan akut, partikel ini tidak beracun hingga 50 µM dalam hepatosit, secara sementara merangsang metabolisme makrofag, dan tidak memicu hemolisis pada konsentrasi yang relevan fisiologis. Inti bebas ligand mereka menawarkan platform serbaguna untuk modifikasi permukaan menuju aplikasi yang relevan biomedis, terutama sebagai agen radiografi atau radioterapi padat tinggi.
