Nanopartikel Manganit Lantanium Strontium: Toksisitas Sel Epitel Saluran Napas dan Dampak pada Sekresi Lendir
Abstrak
Penelitian toksisitas nanoparticle telah meningkat seiring dengan keberadaan materi ini yang seragam dalam produk sehari-hari. Beberapa nanoparticle dapat merangsang sekresi lendir, yang berpotensi merusak integritas saluran napas. Manganit lantanium strontium (LSM) adalah nanopartikel perovskit yang banyak digunakan dalam sel oksida padat (SOFC) karena konduktivitas listrik yang tinggi, aktivitas elektrokimia yang kuat untuk reaksi reduksi O2, stabilitas termal, dan performa jangka panjang. Namun, data terbatas tersedia tentang efek biologis LSM. Dalam studi ini, sel epitel trake primer diekspos pada konsentrasi LSM hingga 500 µg mL⁻¹. Hasil menunjukkan efek moderat terhadap kelangsungan sel, produksi spesies reaktif oksigen (ROS), pelepasan sitokrom C, dan ekspresi kaspace-3. Sementara marker apoptosis tetap sebagian besar tidak berubah, LSM secara signifikan menghambat sekresi lendir dengan cara bergantung pada dosis. Dengan demikian, meskipun LSM menunjukkan sitotoksisitas rendah terhadap sel saluran napas, kapasitasnya untuk mengurangi produksi lendir dapat membahagikan pembersihan saluran napas.
Pendahuluan
Manganit lantanium strontium (LSM) memiliki struktur kristal perovskit dengan rumus umum La₁₋ₓSrₓMnO₃, di mana x menunjukkan tingkat doping strontium. Materi ini dapat diproses sebagai bubuk untuk cetak pita, spritz udara/termal/plasma, dan aplikasi sel bahan bakar. Luas permukaan tinggi dan performa elektrokimia LSM menjadikannya kandidat elektroda terkemuka untuk SOFC, yang merupakan sentral dalam ekonomi hidrogen yang muncul. Meskipun studi luas tentang properti mekanik dan listrik LSM, interaksi biologisnya masih kurang dieksplorasi. Banyak nanoparticle dikenal meningkatkan sekresi lendir dan berkontribusi pada gangguan pernapasan. Bukti yang muncul menunjukkan LSM juga dapat berfungsi sebagai penyalar obat atau agen kontras citra, namun toksisitas potensinya harus diklarifikasi sebelum implementasi biomedis apa pun. Penelitian ini mengevaluasi profil sitotoksis LSM dalam sel epitel trake primer, menilai generasi ROS, integritas mitokondria, apoptosis, dan sekresi lendir.
Hasil dan Pembahasan
Karakterisasi Nanopartikel dan Kelangsungan Sel
Morfologi permukaan diperiksa dengan mikroskopi elektron pemindai (SEM). Nanopartikel LSM menampilkan permukaan kasar dan mengagregat menjadi kluster yang berkisar dari ~35 nm hingga >200 nm (Gambar 1). Kelangsungan sel diukur dengan ensai CCK-8. Kelangsungan sel menurun tajam antara 50 dan 100 µg mL⁻¹ tetapi melemas setelahnya, tetap stabil pada konsentrasi yang lebih tinggi (Gambar 2).
SEM partikel LSM (ukuran individu 35 nm; agregat hingga beberapa µm).Kelangsungan sel trake versus konsentrasi LSM (log[ng mL⁻¹]).
Produksi ROS dan Pelepasan Mukin
Tingkat ROS diukur menggunakan fluoresensi CM-H2DCFDA. Peningkatan konsentrasi LSM tidak secara signifikan meningkatkan ROS; titik 250 µg mL⁻¹ menunjukkan deviasi terbesar, namun tetap tidak signifikan secara statistik (Gambar 3). Sekresi mukin, diukur dengan ensai lectin terikat enzim (ELLA), menurun progresif dengan dosis LSM yang lebih tinggi, turun menjadi ~40% dari kontrol pada 500 µg mL⁻¹ (Gambar 4).
Produksi ROS di seluruh konsentrasi LSM (n > 100).Sekresi mukin setelah paparan LSM 15 menit (n > 6, *p < 0,05).
Integritas Mitokondria dan Apoptosis
Warnaan JC-1 mengungkapkan depolarisasi mitokondria pada konsentrasi ≥100 µg mL⁻¹ (Gambar 5). Meskipun demikian, pelepasan sitokrom C dan aktivasi kaspace-3 hanya menunjukkan penurunan modest, yang menunjukkan induksi apoptosis yang terbatas (Gambar 6).
Intensitas fluoresensi JC-1 di seluruh perawatan LSM (n > 100, *p < 0,05).Ekspresi sitokrom C (a) dan kaspace-3 (b) relatif terhadap kontrol (n > 100, *p < 0,05).
Kesimpulan
Penilaian toksisitas LSM pertama kali dalam sel epitel saluran napas menunjukkan sitotoksisitas dan apoptosis yang dapat diabaikan, tetapi inhibisi yang mencolok pada sekresi lendir. Meskipun generasi ROS dan kerusakan mitokondria minimal, pengurangan pelepasan lendir dapat mengganggu pembersihan saluran napas dan memerlukan evaluasi yang cermat untuk aplikasi masa depan di bidang energi dan biomedis.
Bahan dan Metode
Kultur Sel Epitel Trake Primer
Sel epitel trake primer sapi diisolasi sesuai protokol yang established, dikultur dalam medium bebas serum (SFM) yang dilengkapi dengan EGF 1–53 dan ekstrak hipofisis sapi (BPE), dan dipertahankan pada plates yang dilapisi kolagen pada 37 °C, 5% CO2. Kepadatan sel dipantau melalui pengecualian trypan blue.
Persiapan Sel dan Ensai Kelangsungan
Sel ditanam pada plates 96-lubang yang dilapisi kolagen (5 × 10⁴ sel/lubang) untuk ensai kelangsungan dan pada plates 4-lubang (5 × 10⁵ sel/lubang) untuk studi kalsium, ROS, dan mitokondria. Setelah inkubasi 24 jam, media diganti dengan PBS, kemudian dengan suspensi LSM. Kelangsungan sel diukur dengan ensai CCK-8 (konversi WST-8 menjadi formazan) dan diekspresikan sebagai persentase dari kontrol yang tidak dirawat.
Nanopartikel Manganit Lantanium Strontium
LSM (La0.15Sr0.85MnO3, 35 nm, 99,5%) di-sonikasi dan diuji pada 500, 250, 100, dan 50 µg mL⁻¹. Konsentrasi dipilih untuk cocok dengan paparan nanopartikel TiO2 yang dilaporkan dalam literatur.
Mikroskopi Elektron Pemindai
Partikel ditetapkan pada wafer silikon, dikeringkan dengan udara, dan diimaj dengan SEM Zeiss Gemini untuk mengonfirmasi distribusi ukuran.
Ensai Spesies Reaktif Oksigen
Produksi ROS dinilai menggunakan fluoresensi CM-H2DCFDA setelah paparan LSM 15 menit. Intensitas fluoresensi dibandingkan dengan kontrol yang tidak dirawat.
Pengukuran Kerusakan Mitokondria
Warna JC-1 digunakan untuk mengevaluasi potensi selang mitokondria; rasio fluoresensi merah/hijau diukur oleh mikroskopi fluoresensi pada interval 10 menit.
Sekresi Mukin dan ELLA
Setelah paparan LSM 15 menit, supernatants dikumpulkan, difugasi, dan diuji untuk mukin melalui ELLA menggunakan WGA-HRP dan substrat TMB. Absorbansi dibaca pada 450 nm.
Ensai Marker Apoptosis
Lisat sel disiapkan dengan buffer RIPA dan di-uji untuk sitokrom C dan kaspace-3 aktif menggunakan protokol ELISA. Antibodi sekunder yang dikonjugasi HRP memfasilitasi deteksi.
Analisis Statistik
Data disajikan sebagai mean ± SD dari setidaknya tiga eksperimen independen. ANOVA satu jalur menentukan signifikansi (p < 0,05).
