Sintesis Hijau Nanopartikel Emas dari Ekstrak Artemisia capillaris, Portulaca oleracea, dan Prunella vulgaris: Evaluasi Aktivitas Antioksidan dan Sitotoksisitas
Abstrak
Tiga ekstrak tumbuhan air—Artemisia capillaris, Portulaca oleracea, dan Prunella vulgaris—digunakan untuk biofabrikasi nanopartikel emas (AuNPs). Profil antioksidan mereka, termasuk kapasitas penangkal radikal bebas, kandungan fenolik total, dan daya reduksi, diukur dan dikorelasikan dengan efisiensi sintesis AuNPs. Prunella vulgaris menunjukkan aktivitas antioksidan yang paling kuat dan berfungsi sebagai agen reduser yang paling efektif, menghasilkan AuNPs (PV-AuNPs) dengan puncak resonansi plasmon permukaan (SPR) pada 530 nm dan morfologi yang beragam. Difraksi X resolusi tinggi mengonfirmasi jaringan kristal kubus berpusat wajah, dan spektroskopi emisi optik plasma terpadu (ICP-OES) memperkirakan hasil reaksi 99,3 %. Pencaran cahaya dinamis menunjukkan diameter hidrodinamik 45 ± 2 nm dan potensial zeta –13,99 mV. PV-AuNPs menunjukkan aktivitas antioksidan yang bergantung pada dosis dan sitotoksisitas yang signifikan terhadap sel adenokarsinoma kolorektal manusia (HT-29) tanpa serum sapi janin (FBS), sedangkan sel adenokarsinoma duktal pankreas (PANC-1) menunjukkan respons maksimum dalam kehadiran FBS. Temuan ini menyoroti ekstrak P. vulgaris sebagai agen reduser yang potensial dan ramah lingkungan untuk memproduksi AuNPs bioaktif dengan potensi terapeutik.
Pendahuluan
Permintaan yang terus meningkat akan nanopartikel logam, terutama nanopartikel emas (AuNPs), berasal dari keberagunaan mereka sebagai pembawa obat, katalis, agen citra, dan biosensor. Rute sintesis konvensional—sputtering ion, pembentukan mikel terbalik, dan reduksi kimia—sering melibatkan reagen yang mahal dan menimbulkan kekhawatiran toksisitas. Sintesis hijau, yang memanfaatkan ekstrak tumbuhan sebagai agen reduksi, capping, dan stabilisasi alami, menawarkan alternatif yang hemat biaya, scalable, dan biokompatibel. Fitookimia seperti fenolik, terpenoid, dan flavonoid tidak hanya mengurangi ion logam tetapi juga memberikan properti antioksidan dan meningkatkan stabilitas nanopartikel.
Artemisia capillaris (famili Asteraceae) telah lama digunakan dalam obat tradisional karena efek antibakteri, antiinflamasi, dan hepatoprotiktif, yang dikaitkan dengan komponen seperti capillin dan scoparone. Portulaca oleracea (famili Portulacaceae) memiliki aktivitas antibakteri, antifungus, dan antioksidan, yang terkait dengan alkaloid, asam lemak, dan flavonoid. Prunella vulgaris (famili Lamiaceae) menunjukkan efek antiviral, antitumor, immunomodulator, dan antioksidan, sebagian besar karena asam fenolik dan triterpenoid seperti asam rosmarinik dan asam ursolik.
Korona protein—lapisan adsorpsi protein serum yang terbentuk saat nanopartikel masuk ke cairan biologis—secara kritikal mempengaruhi penyerapan seluler, biodistribusi, dan sitotoksisitas. Muatan permukaan, ukuran, dan morfologi AuNPs menentukan komposisi korona, sehingga memodulasi efektivitas terapeutik. Dalam studi ini, kami memeriksa bagaimana potensi antioksidan dari tiga ekstrak tumbuhan mempengaruhi pembentukan AuNPs dan bagaimana nanopartikel yang dihasilkan berinteraksi dengan sel kanker dengan atau tanpa kehadiran FBS.
Metode
Bahan-Bahan
Semua reagen adalah grad analitis. Klorida emas(III) kalium (KAuCl₄) dan antioksidan standar (BHT, vitamin C) diperoleh dari Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA). Perlengkapan kultur sel diperoleh dari Gibco (Thermo Fisher Scientific) dan GE Healthcare HyClone™ (Victoria, Australia). Spesifikasi reagen detail tercantum dalam tabel tambahan.
Instrumen
Spektrum UV-visible direkam pada spektrofotometer Shimadzu UV-2600 (λ = 300–800 nm). Citra HR-TEM menggunakan JEM-2100F (JEOL, 200 kV). Difraksi X menggunakan Rigaku Miniflex (CuKα, 1,54056 Å). Analisis ICP-OES dilakukan pada Perkin Elmer Optima 8300. Pengukuran pencaran cahaya dinamis dan potensial zeta diperoleh dengan analyzer NanoBrook 90 Plus. Semua instrumen dikalibrasi sesuai pedoman produsen.
Persiapan Ekstrak Air
Bagian udara yang kering dari P. vulgaris dan A. capillaris diperoleh dari Omniherb (Daegu, Republik Korea); P. oleracea dibeli dari Handsherb (Youngchun, Republik Korea). Setiap tumbuhan (100 g) di-sonikasi dalam 1 L air deion pada 25 °C selama 3 jam, diulang tiga kali. Filtrat dikeringkan melalui pendinginan untuk menghasilkan serbuk, disimpan pada –20 °C hingga digunakan.
Uji Antioksidan
Penangkalan radikal bebas (DPPH dan ABTS), daya reduksi, dan kandungan fenolik total diukur mengikuti protokol standar. Semua uji dilakukan secara triplik, dan hasil dinyatakan sebagai IC₅₀ (µg mL⁻¹) atau mg GAE g⁻¹. Metodologi detail disediakan dalam bahan tambahan.
Biofabrikasi AuNPs
Larutan stok KAuCl₄ (10 mM) dan ekstrak tumbuhan (2 % w/v) disiapkan. Setelah sentrifugasi (18.500 g, 30 min, 18 °C), supernatant dicampur untuk konsentrasi akhir 0,5 mM Au dan 0,05 % w/v ekstrak dalam vial 2 mL. Reaksi berlangsung pada 37 °C selama 5 jam. Spektrum UV-vis direkam untuk memantau perkembangan SPR.
Kultur Sel
Sel HT-29 (kolon), PANC-1 (pankreas), dan MDA-MB-231 (payudara) dipertahankan dalam DMEM glukosa tinggi yang dilengkapi dengan 10 % FBS, 100 U mL⁻¹ penicillin, dan 100 µg mL⁻¹ streptomycin pada 37 °C, 5 % CO₂.
Uji Sitotoksisitas
Kehidupan sel dievaluasi melalui uji EZ-CYTOX WST. Sel (5 × 10³ sel mL⁻¹) ditanam dalam plate 96-lubang, diinkubasi 24 jam, kemudian diobati dengan PV-AuNPs (0–478,3 µg mL⁻¹ Au) ± 10 % FBS selama 24 jam. Absorbansi pada 450 nm direkam, dengan pengurangan latar belakang dari absorbansi intrinsik PV-AuNP.
Analisis Statistik
Data disajikan sebagai mean ± SE. Signifikansi dievaluasi dengan uji one-way ANOVA diikuti uji pasca-Tukey (p < 0,05). Analisis dilakukan dengan GraphPad Prism 5.02.
Hasil dan Pembahasan
Profil Antioksidan Ekstrak
Hasil ekstraksi adalah 14,1 % (A. capillaris), 39,12 % (P. oleracea), dan 28,6 % (P. vulgaris). Uji antioksidan menunjukkan bahwa P. vulgaris memiliki nilai IC₅₀ terendah untuk DPPH (50,35 ± 1,22 µg mL⁻¹) dan ABTS (38,6 ± 0,44 µg mL⁻¹), melebihi BHT (71,37 ± 0,84 µg mL⁻¹). Daya reduksi dan kandungan fenolik total mengikuti tren yang sama: 162,98 µg mL⁻¹ (P. vulgaris) vs. 235,38 µg mL⁻¹ (A. capillaris) vs. 396,16 µg mL⁻¹ (P. oleracea). Total fenolik adalah 90,53 ± 6,81 mg GAE g⁻¹ untuk P. vulgaris, 39,88 ± 4,55 mg GAE g⁻¹ untuk A. capillaris, dan 18,32 ± 2,76 mg GAE g⁻¹ untuk P. oleracea. Hasil ini mengonfirmasi bahwa P. vulgaris mengandung konstituen antioksidan yang paling potens.
Aktivitas DPPH, ABTS, dan daya reduksi dari ketiga ekstrak. a Penangkalan DPPH; b Penangkalan ABTS; c Daya reduksi. Data adalah mean ± SEM; *p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001 terhadap standar.
Sintesis Hijau AuNPs
Setiap ekstrak memfasilitasi pembentukan AuNPs, sebagaimana dibuktikan oleh puncak SPR yang berbeda dan perubahan warna yang terlihat: PO-AuNPs (biru tua, pita lebar 500–700 nm), AC-AuNPs (cokelat, puncak 555 nm), dan PV-AuNPs (merah anggur, puncak 530 nm). Aktivitas antioksidan yang lebih baik dari P. vulgaris diterjemahkan menjadi intensitas SPR yang lebih tinggi, bandwidth yang lebih sempit, dan stabilitas koloid yang ditingkatkan. PO-AuNPs mengagregasi setelah 30 menit pada 25 °C, menunjukkan stabilitas terendah di antara ketiga.
Foto PO-AuNPs, AC-AuNPs, dan PV-AuNPs.
Spektrum UV-vis PO-AuNPs (hitam), AC-AuNPs (merah), dan PV-AuNPs (biru).
Morfologi dan Distribusi Ukuran (PV-AuNPs)
HR-TEM menunjukkan morfologi yang beragam: bola (23,8 ± 1,3 nm), segitiga sama sisi (25,7 ± 2,2 nm), batang (28,4 ± 0,4 nm, ras aspek = 2,4), dan belah ketupat (diagonal panjang = 22,0 ± 0,6 nm, diagonal pendek = 15,4 ± 0,3 nm). Semua partikel kristalin, sebagaimana dikonfirmasi oleh sandaran jaringan. Histogram ukuran menunjukkan distribusi Gaussian untuk setiap bentuk.
Citra HR-TEM PV-AuNPs (skala: a 50 nm, b 50 nm, c 50 nm, d 50 nm, e 10 nm, f 2 nm, g 2 nm, h 2 nm).
Distribusi ukuran PV-AuNPs: (a) bola, (b) segitiga, (c) batang, (d) belah ketupat (diagonal panjang), (e) belah ketupat (diagonal pendek).
Ukuran Hidrodinamik dan Muatan Permukaan
Pengukuran DLS menunjukkan diameter hidrodinamik 45 ± 2 nm (polidispersi = 0,258) dan potensial zeta negatif –13,99 mV, yang menunjukkan sterik dan penstabilan elektrostatis yang efektif oleh fitookimia yang terikat permukaan.
Ukuran hidrodinamik (a) dan potensial zeta (b) PV-AuNPs.
Kristalinitas (HR-XRD)
Pola HR-XRD menunjukkan puncak karakteristik pada 2θ = 38,1°, 44,5°, 64,8°, dan 77,4°, yang sesuai dengan bidang (111), (200), (220), dan (311) dari jaringan kubus berpusat wajah. Analisis Scherrer pada puncak (111) menghasilkan ukuran kristalit sekitar 16,7 nm.
Analisis HR-XRD PV-AuNPs.
Hasil Reaksi
ICP-OES mengukur 96,337 ppm Au dalam larutan koloid dan 0,679 ppm dalam supernatant, menghasilkan efisiensi konversi 99,3 %.
Aktivitas Antioksidan PV-AuNPs
PV-AuNPs menunjukkan penangkalan DPPH yang bergantung pada dosis, dengan IC₅₀ sebesar 165,0 µg mL⁻¹ Au (≈49,4 µM vitamin C). Aktivitas ini sebanding yang dilaporkan untuk AuNPs yang dimediasi tumbuhan dan disebabkan oleh fenolik yang terikat permukaan.
Penangkalan radikal DPPH oleh PV-AuNPs (konsentrasi Au dinyatakan dalam µg mL⁻¹).
Sitotoksisitas pada Sel Kanker
Dalam kondisi bebas serum, sel HT-29 paling sensitif terhadap PV-AuNPs (65,6 % inhibisi pada 478,3 µg mL⁻¹). PANC-1 dan MDA-MB-231 menunjukkan respons yang lebih rendah. Dengan 10 % FBS, sel PANC-1 menunjukkan sitotoksisitas yang ditingkatkan (37,5 % pada 478,3 µg mL⁻¹), sedangkan sitotoksisitas HT-29 menurun, menyoroti efek spesifik jaringan yang bergantung pada korona protein. Potensial zeta negatif kemungkinan mempromosikan adsorpsi protein selektif (misalnya, fibrinogen), mempengaruhi penyerapan seluler dan toksisitas.
Kehidupan sel HT-29 (a), MDA-MB-231 (b), dan PANC-1 (c) setelah perawatan PV-AuNP ± 10 % FBS.
Kesimpulan
Ekstrak air dari A. capillaris, P. oleracea, dan P. vulgaris menunjukkan aktivitas antioksidan yang dapat diukur. P. vulgaris muncul sebagai agen reduser yang paling potens, menghasilkan AuNPs kristalin tinggi, merah anggur (PV-AuNPs) dengan tingkat konversi 99,3 % dan diameter hidrodinamik 45 ± 2 nm. PV-AuNPs menunjukkan kapasitas antioksidan yang bergantung pada dosis dan sitotoksisitas selektif terhadap sel kanker kolorektal, pankreas, dan payudara, dengan korona protein yang memodulasi efektivitas. Temuan ini menekankan nilai ekstrak tumbuhan dengan antioksidan tinggi dalam sintesis nanopartikel hijau dan menunjukkan PV-AuNPs sebagai kandidat yang menjanjikan untuk pengiriman obat yang ditargetkan, terutama ketika digabungkan dengan fitookimia kardioprotiktif dari P. vulgaris. Pekerjaan masa depan akan difokuskan pada pemuatan kemoterapi pada PV-AuNPs untuk memanfaatkan efek antitumor dan pelindung.
Singkatan
ABTS:
2,2′-Azino-bis(3-etilbenzotiazolin-6-sulfat asam)
AC-AuNPs:
Nanopartikel emas yang disintesis dari ekstrak A. capillaris
AgNPs:
Nanopartikel perak
AuNPs:
Nanopartikel emas
BHT:
Butil hidroksitoluen
DMEM:
Medium Eagle modifikasi Dulbecco
DPPH:
2,2-Difenil-1-pikrilhidrazil
FBS:
Serum sapi janin
GAE:
Ekuivalen asam galus
HR-TEM:
Mikroskopi transmisi elektron resolusi tinggi
HR-XRD:
Difraksi X resolusi tinggi
HT-29:
Baris sel adenokarsinoma kolorektal manusia
IC₅₀:
Konsentrasi inhibi setengah maksimum
ICP-OES:
Spektroskopi emisi optik plasma terpadu
MDA-MB-231:
Baris sel adenokarsinoma payudara manusia
PANC-1:
Baris sel adenokarsinoma duktal pankreas manusia
PO-AuNPs:
Nanopartikel emas yang disintesis dari ekstrak P. oleracea
PV-AuNPs:
Nanopartikel emas yang disintesis dari ekstrak P. vulgaris
