Toksisitas dan Potensi Terapetik Nanotub Karbon Teroksidasi yang Fungsionalkan Doksoroksisin dan Fluorescein: Temuan In Vitro dan In Vivo

Abstrak

Studi ini menyelidiki toksisitas seluler dari nanotub multi-dinding teroksidasi (CNTox), nanotub karbon yang fungsionalkan doksoroksisin (CNT-Dox), dan dengan fluorescein (CNT-FITC) pada sel adeno karsinoma usus HT29 dan tikus Balb/c. Kami menunjukkan bahwa doksoroksisin dapat diikat kovalen ke CNT melalui ikat peptida, yang secara signifikan mengurangi toksisitas segera. Pemotongan enzimatik oleh tripsin melepaskan doksoroksisin, memulihkan potensinya dan menghasilkan efek sinergis saat CNT-Dox dan tripsin digabungkan. In vivo, CNT-Dox menunjukkan toksisitas sistemik yang lebih rendah daripada doksoroksisin bebas, dengan kenaikan yang modest pada enzim hati dan parameter sel darah, sedangkan CNTox sendirian pada dasarnya tidak beracun. Hasil ini mendukung penggunaan CNT sebagai pengontrol peluncuran untuk agen anticancer yang kuat.

Latar Belakang

Nanotub karbon (CNT) memiliki luas permukaan tinggi, penyerapan sel yang baik, dan kemampuan untuk melintasi membran biologis, membuatnya vektor yang menarik untuk pengiriman obat, terapi gen, dan aplikasi citra. Fungsionalisasi dengan grup hidrofilik meningkatkan kelegakan dan biokompatibilitas, sementara pemasangan kovalen molekul terapeutik dapat memberikan peluncuran terpadu dan terkontrol. Doksoroksisin (Dox) adalah agen kemoterapi yang banyak digunakan dengan toksisitas sistemik yang signifikan; menghubungkannya ke CNT dapat mengurangi efek sasaran tidak tepat dan meningkatkan spesifisitas tumor. Kerja sebelumnya telah menunjukkan bahwa CNT dapat diberikan dengan aman pada dosis rendah, tetapi konsentrasi yang lebih tinggi atau kimia permukaan yang tidak memadai dapat memicu stres oksidatif, inflamasi, dan akumulasi organ. Studi ini membangun temuan ini untuk mengevaluasi profil keamanan CNT-Dox dan CNT-FITC in vitro dan in vivo.

Metode

Sel adeno karsinoma usus HT29 dikultur dalam lapisan 2-D dan sferoid 3-D. CNT disintesis oleh depozi uap kimia, dioksidasi dengan 70 % HNO₃, dan fungsionalkan dengan doksoroksisin atau fluorescein melalui kimia karbodiimida. Suspensi di sonikasi, sterilisasi, dan dikarakterisasi dengan SEM, potensial zeta, dan FTIR. Toksisitas dievaluasi menggunakan ujian MTT dan ujian area kolon. Untuk peluncuran terkontrol, tripsin (0,05–70 %) ditambahkan untuk mengevaluasi pelibatan doksoroksisin. In vivo, tikus Balb/c menerima suntikan intraperitoneal CNTox (1,5 mg kg⁻¹), CNT-Dox (1,5 mg kg⁻¹), atau Dox bebas (20 mg kg⁻¹) setiap tiga hari selama empat minggu. Marker biokimia serum (ALT, AST, ALP, protein total, albumin) dan parameter hematologis (RBC, WBC, trombosit, hemoglobin) diukur setelah periode perawatan.

Hasil dan Pembahasan

Karakterisasi Nanopartikel

Citra SEM mengonfirmasi nanotub multi-dinding dengan diameter 10–60 nm dan panjang 20–500 µm. Fungsionalisasi tidak mengubah morfologi. Pengukuran potensial zeta menunjukkan CNT-Dox (−28 mV), CNT-FITC (−32 mV), dan CNTox (−36 mV), yang menunjukkan stabilitas koloid yang baik. Spektrum FTIR menunjukkan pita amida I dan II karakteristik, mengonfirmasi ikatan kovalen doksoroksisin dan fluorescein ke CNT.

Sitotoksisitas In Vitro

Ujian MTT mengungkapkan toksisitas seluler bergantung pada dosis untuk CNTox (IC₅₀ ≈ 100 µg mL⁻¹) dan CNT-FITC (IC₅₀ ≈ 50 µg mL⁻¹). CNT-Dox menunjukkan toksisitas yang jauh lebih rendah tanpa protease (IC₅₀ > 200 µg mL⁻¹), yang mencerminkan penyisihan doksoroksisin. Ketika 0,05 % tripsin ditambahkan, CNT-Dox melepaskan doksoroksisin bebas, menghasilkan IC₅₀ ≈ 5 µg mL⁻¹ dan penurunan sinergis dalam viabilitas sel (≤ 10 % dari kontrol). Ujian area kolon mengonfirmasi bahwa CNT-FITC secara signifikan menghambat pembentukan kolon, sedangkan CNT-Dox memiliki efek minimal kecuali tripsin ada. Dalam kultur sferoid 3-D, CNTox meningkatkan volume sferoid bergantung pada dosis, sementara CNT-FITC mengurangi ukuran sferoid; CNT-Dox tidak menunjukkan efek signifikan kecuali pelucutan yang dimediasi protease terjadi.

Toksisitas In Vivo

Analisis serum menunjukkan bahwa CNTox sendirian tidak mengubah tingkat ALT, AST, atau ALP. CNT-Dox dan Dox bebas keduanya meningkatkan AST (hingga 126 %) dan ALP (hingga 148 %) relatif terhadap kontrol, tetapi kenaikan tersebut kurang mencolok untuk CNT-Dox. Protein total meningkat sedikit di semua kelompok perawatan. Hematologi mengungkapkan bahwa Dox bebas menyebabkan anemia, trombositopenia, dan neutropenia, sedangkan CNT-Dox menghasilkan perubahan yang serupa namun lebih ringan. CNTox memiliki dampak yang tidak signifikan pada jumlah sel darah. Temuan ini menunjukkan bahwa CNT-Dox mengurangi toksisitas sistemik sambil mempertahankan potensi antitumor.

Kesimpulan

Fungsionalisasi CNT teroksidasi dengan doksoroksisin melalui ikat peptida menciptakan vektor nano peluncuran terkontrol yang aman yang mengurangi toksisitas sistemik dibandingkan obat bebas. In vitro, CNT-Dox tetap inert sampai pelucutan proteolitik, setelah itu mencapai sitotoksisitas yang kuat sebanding dengan doksoroksisin bebas. In vivo, CNT-Dox menunjukkan kenaikan enzim hati dan toksisitas hematologis yang lebih rendah daripada Dox bebas, sementara CNTox sendirian pada dasarnya tidak beracun. Hasil ini mendukung pengembangan lebih lanjut sistem pengiriman berbasis CNT untuk agen anticancer yang sangat kuat, terutama pada maligansi gastrointestin di mana aktivitas protease dapat memicu peluncuran yang terpadu.

Singkatan

AL:

Albumin

ALP:

Fosfatase alkaline

ALT:

Alanin aminotransferase

AST:

Asparat aminotransferase

CNT-Dox:

Nanotub karbon yang fungsionalkan doksoroksisin

CNT-FITC:

Nanotub karbon yang fungsionalkan fluorescein

CNTox:

Nanotub karbon teroksidasi

CNTs:

Nanotub karbon

Dox:

Doksoroksisin

FTIR:

Spektroskopi inframerah transformasi Fourier

MTS:

Sferoid tumor multi-seluler

MWCNTs:

Nanotub karbon multi-dinding

PTX:

Pakslitaksel

Tp:

Protein total