Nanopartikel Inti-Cakram Polidopamin dengan Cakram Polimer Responsif Redoks untuk Pengiriman Obat Terarah dan Terapi Kimia-Fototermal Sinergis

Abstrak

Terapi fototermal NIR (PTT) menawarkan selektivitas tumor tinggi dan efek samping minimal, namun dampak klinisnya terbatas oleh pengiriman panas yang tidak mencukupi. Di sini kami melaporkan nanoparticle inti-cakram yang menggabungkan inti polidopamin (PDA) dengan cakram polimetakrilat asid (PMAA) yang disilang disulfida. Inti PDA memberikan konversi fototermal NIR yang efisien, sementara cakram PMAA yang labile reduks mengenkapsulasi doksorubicin (DOX) dan melepaskannya secara selektif dalam mikroambiente kanker yang asam dan reduktif. In vitro, nanoparticle PDA@PMAA yang dimuat DOX menunjukkan inhibisi sinergis sel A549 ketika dikombinasikan dengan irradiasi laser rendah dosis, mencapai pembunuhan sel >85 % pada total dosis obat 5 µg mL⁻¹. Platform ini menunjukkan pelepasan obat yang terpicu secara tepat dan efikasi chemo-fototermal yang ditingkatkan.

Pendahuluan

PTT menggunakan agen penyerap NIR untuk mengubah cahaya menjadi panas, suhu >55 °C diperlukan for nekrosis tumor sambil melindungi jaringan normal. Polidopamin (PDA) adalah polimer terinspirasi kerang kerang yang menyerap kuat di NIR, menunjukkan efisiensi konversi fototermal 40 %, dan biokompatibel serta biodegradable. Namun, PTT tunggal tidak dapat mencapai suhu yang cukup di inti tumor tanpa merusak jaringan di sekitarnya. Menggabungkan hipertermia dengan kemoterapi telah muncul sebagai strategi yang kuat: panas meningkatkan penyerapan obat dan meningkatkan sitotoksisitas obat, sementara kemoterapi membunuh sel yang bertahan setelah pemanasan. Untuk merealisasikan sinergi ini, kami merancang sistem inti-cakram pintar di mana inti PDA menyediakan konversi fototermal dan cakram PMAA yang disilang disulfida bertindak sebagai reservoir obat yang degradasi di lingkungan redusif tumor (konsentrasi glutation 2–10 mM vs. 20–40 µM dalam plasma) dan pH sedikit asam.

Bahan dan Metode

Bahan

Semua reagens adalah grade analitis. Klorida dopamin hidroklorida, klorida metakroiloil, glution, asid metakrilik (MAA), bis(akroil)kistamin (BAC), 2,2-azobisisobutoronitril (AIBN), dan doksorubicin (DOX·HCl) dibeli dari standar supplier. Reagen kultur sel diperoleh dari Invitrogen dan Sigma-Aldrich.

Karakterisasi

Mikroskop transmisi elektron (TEM) (Tecnai G2 20 TWIN) memvisualisasikan morfologi. Pemancaran cahaya dinamis (DLS, Malvern Nano-ZS90) mengukur ukuran hidrodinamik dan potensial zeta. Spektrum UV-vis dicatat pada Perkin-Elmer Lambda 750. Spektrum inframerah transformasi Fourier (FT-IR) (Nicolet 6700) mengonfirmasi silang. Performa fototermal dievaluasi dengan mengiradii dispersi akuer (100 µg mL⁻¹) dengan laser 808-nm (5 W cm⁻²) selama 300 s dan merekam perubahan suhu dengan termokopel (±0,1 °C). Penyerapan dan lokalisasi seluler diimaj dengan mikroskop skanning laser konfokal (CLSM, Leica TCS SP8 STED 3X).

Sintesis Nanopartikel PDA@PMAA

Bola PDA terbentuk dengan oksidasi 0,5 g dopamin dalam 90 mL H2O/40 mL EtOH/3 mL NH3•H2O pada 30 °C selama 24 jam. Cakram PMAA ditumbuhkan melalui polimerisasi presipitasi distilasi: 100 mg MAA, 10 mg BAC, 3 mg AIBN dilarutkan dalam 25 mL asetonitril, diikuti oleh penambahan 50 mg bola PDA. Campuran dipanaskan hingga 100 °C, diaduk selama 2 jam, kemudian dikonsentrifugasi dan dicuci. Dengan memvariasi rasio massa PDA/MAA (0,5–6) kami menyesuaikan ketebalan cakram (120–200 nm).

Pemuatan Obat dan Rilis

DOX (1 mg mL⁻¹, pH 8,0) dicampur dengan 10 mg PDA@PMAA-1 selama 24 jam, kemudian dikonsentrifugasi dan dicuci. Isi muatan (LC) dan efisiensi enkapsulasi (EE) dihitung dari absorbansi UV-vis pada 480 nm. Rilis in vitro dipantau dalam larutan garam fosfat (pH 7,4, 5,5) dengan/tanpa 10 mM GSH pada 37 °C, pemetaan setiap 2 jam. Tas dialisis (14 kDa MWCO) menahan nanoparticle; medium rilis difresh pada setiap pemetaan. Persentase rilis dihitung sebagai obat kumulatif yang dilepaskan dibagi total obat yang dimuat.

Studi Sel

Sel embung ginjal manusia (HEK-293T) dan kanker paru adenocarcinoma (A549) dikultur dalam DMEM + 10 % FBS. Penyerapan seluler dari DOX yang dimuat PDA@PMAA diamati setelah 1 jam dan 4 jam inkubasi. Sitotoksisitas dievaluasi dengan uji MTT: sel dirawat dengan DOX bebas, PDA@PMAA polos, atau PDA@PMAA yang dimuat DOX (10–100 µg mL⁻¹) selama 24 jam, dengan atau tanpa irradiasi laser 808-nm (5 W cm⁻², 300 s). Vitalitas sel diekspresikan relatif pada kontrol yang tidak diobati. Pewarnaan hidup/mati (Calcein-AM) dan CLSM mengonfirmasi hasil terapeutik.

Hasil dan Pembahasan

Morfologi Nanopartikel dan Sifat Fisikokimia

Citra TEM menunjukkan bola PDA monodispersi, bola (~100 nm) dan partikel PDA@PMAA (120–200 nm) dengan cakram seragam. DLS menunjukkan diameter hidrodinamik 176–349 nm, menunjukkan lapisan polimer yang membengkak dalam media air. Potensial zeta berubah dari –26,8 mV (PDA) menjadi –30,2 hingga +33,2 mV (PDA@PMAA) seiring dengan peningkatan ketebalan cakram, mencerminkan paparan karboksilat. FT-IR mengonfirmasi kehadiran pita amida I/II (1650/1550 cm⁻¹) dari BAC dan pita C=O pada 1706 cm⁻¹ dari PMAA, mengonfirmasi silang yang berhasil.

Performa Fototermal

Spektrum UV-vis menunjukkan absorpsi NIR yang luas untuk semua sampel; PDA menunjukkan absorbansi tertinggi pada 808 nm. Eksperimen pemanasan fototermal menunjukkan bahwa dispersi PDA 100 µg mL⁻¹ meningkatkan suhu sebesar 41 °C, sedangkan PDA@PMAA-1 mencapai 56 °C, melebihi ambang 55 °C untuk ablasi tumor. Peningkatan suhu berkorelasi terbalik dengan ketebalan cakram, mengonfirmasi bahwa cakram tipis mempertahankan efisiensi fototermal sambil masih memungkinkan pemuatan obat.

Rilis Obat yang Terkontrol

Pemuatan DOX menghasilkan LC = 5,1 % dan EE = 53,7 % untuk PDA@PMAA-1, lebih tinggi daripada PDA saja (LC = 3,7 %). Dalam larutan garam fisiologis (pH 7,4) rilisnya sangat kecil (<11 % selama 24 jam). Dalam 10 mM GSH, 72,8 % DOX dilepaskan dalam 24 jam karena peluruhan ikatan disulfida. Kondisi asam (pH 5,5) dengan GSH memicu rilis ledak (~87 % dalam 24 jam) karena karboksilat yang protonan meruntuhkan jaringan polimer. Irradiasi fototermal (5 W cm⁻², 300 s) tidak mengubah profil rilis, menunjukkan integritas struktural selama pemanasan.

Efisiensi Antitumor In Vitro

Citra konfokal menunjukkan penyerapan seluler yang cepat dari DOX yang dimuat PDA@PMAA; fluoresensi muncul dalam sitoplasma dalam 1 jam dan menyebar ke inti sel pada 4 jam, menunjukkan endositosis dan rilis obat yang efisien. Sel HEK-293T menunjukkan >90 % vitalitas setelah 24 jam paparan PDA@PMAA-1 polos pada konsentrasi hingga 100 µg mL⁻¹, mengonfirmasi biokompatibilitas. Sel A549 menunjukkan sitotoksisitas yang bergantung pada dosis: PDA@PMAA-1 polos dengan laser mengurangi vitalitas menjadi ~54 % pada 100 µg mL⁻¹; PDA@PMAA-1 yang dimuat DOX tanpa laser mengurangi vitalitas menjadi ~38 % pada dosis obat yang sama. Kombinasi PDA@PMAA-1 yang dimuat DOX dan laser mengurangi vitalitas menjadi ~16 % (IC50 = 2 µg mL⁻¹), jauh lebih baik daripada masing-masing modalitas sendiri (IC50 = 5,6 µg mL⁻¹ untuk DOX bebas). Pewarnaan hidup/mati mengkoreksi temuan ini. Data mengonfirmasi efek chemo-fototermal sinergis, memungkinkan dosis obat yang lebih rendah dan kerusakan jaringan normal yang minimal.

Kesimpulan

Kami telah merancang nanoparticle inti polidopamin–cakram PMAA disilang disulfida yang secara bersamaan menawarkan konversi fototermal NIR yang efisien, rilis obat yang responsif redoks, dan biokompatibilitas yang luar biasa. PDA@PMAA-1 yang dimuat DOX mencapai rilis yang cepat dan terarah di mikroambiente tumor dan, ketika dikombinasikan dengan irradiasi laser singkat, menghasilkan pembunuhan sel tumor yang unggul (>85 %) pada konsentrasi obat rendah. Platform multifungsi ini menjanjikan untuk diterjemahkan klinis terapi chemo-fototermal kombinasi kanker.