Nanopartikel Hibrid Magnetik Emas Berkonkulsi Her2 untuk Citra Ganda US/MR dan Terapi Fototermal Terpadu Kanker Payudara

Abstrak

Deteksi dan perawatan kanker yang dini dan akurat memerlukan platform teranostik terintegrasi. Di sini kami melaporkan nanopartikel hibrid magnetik perak berkonkulsi Her2 (Her2-GPH NPs) yang menggabungkan citra ultrasound (US) dan resonansi magnetik (MR) dengan terapi fototermal (PTT) infra merah dekat (NIR) untuk kanker payudara. Nanopartikel terdiri dari inti PLGA yang mengenkapsulasi perfluorooctyl bromide (PFOB) dan nanoparticle oksida besi superparamagnetik (SPIOs), dilapisi dengan nanoshell emas dan dikonjugasi dengan anti-antibodi Her2. Uji binding sel mengonfirmasi uptake yang dimediasi reseptor pada sel SKBR3 positif Her2 (rata-rata binding 86 ± 3,7 % vs 2,3 ± 0,4 % pada sel MDA-MBC-231 negatif Her2, P < 0,001). In vitro, partikel memberikan citra US dengan kontras tinggi (rentang dinamis hingga 2 mg mL^‑1) dan citra MR T₂ (relaksivitas r₂ = 441,47 mM^‑1 s^‑1), melebihi agen komersial. Iradiasi NIR (808 nm, 1 W cm^‑2) meningkatkan suhu lokal sekitar 18 °C pada 0,2 mg mL^‑1 dan secara selektif membunuh sel SKBR3 (penurunan viabilitas 62 ± 4,6 %, P < 0,001). Hasil ini menunjukkan bahwa Her2-GPH NPs adalah alat teranostik yang promising untuk citra dan terapi kanker payudara non-invasif.

Pendahuluan

Kanker payudara tetap sebagai penyebab utama kematian terkait kanker pada wanita di seluruh dunia [1]. Diagnosis yang dini dan akurat sangat penting untuk mengurangi kematian [2]. Modalitas citra konvensional, termasuk US dan MRI, menawarkan kelebihan yang saling melengkapi: US memberikan citra real-time, aman, hemat biaya dengan sensitivitas yang ditingkatkan melalui agen kontras, namun menderita resolusi spasial yang terbatas; MRI memberikan kontras jaringan lunak yang superior dan detail anatomis, namun dengan waktu akuisisi yang lebih lama dan sensitivitas lebih rendah. Menggabungkan US dan MR dapat mengatasi keterbatasan ini dan memungkinkan evaluasi multimodal yang presisi terhadap lesi payudara [10].

Teranostik—mengintegrasikan diagnosis dan terapi dalam satu platform—menjanjikan perawatan yang dipersonalisasi. Terapi fototermal (PTT) menggunakan laser NIR dan photoabsorber menawarkan ablasi tumor yang minim invasif dan dapat dikontrol [11–12]. Nanoshell emas menunjukkan resonansi plasmon permukaan yang kuat dalam jendela NIR, yang memungkinkan konversi panas yang efisien sambil biocompatible [21]. Namun, banyak platform nano tidak memiliki ligan target spesifik, yang membatasi uptake sel dan efektivitas terapeutik.

Her2 ekspresi berlebih pada ~25–30 % kanker payudara dan berkaitan dengan penyakit agresif dan prognosis buruk [28–29]. Konjugasi anti-antibodi Her2 dapat meningkatkan selektivitas tumor dan uptake. Oleh karena itu, kami merancang hibrid magnetik nanoshell emas fungsional Her2 untuk memungkinkan citra ganda dan PTT terpadu dari kanker payudara positif Her2.

Bahan dan Metode

PLGA (MW 24–38 kDa, 50:50 lactide:glycolide), PFOB, SPIOs, dan precursor emas diperoleh dari Sigma-Aldrich, Shanghai So-Fe Biomedicine, dan Aladdin Chemistry. Anti-antibodi Her2 (berlabel FITC) dari Abcam. Sintesis melibatkan langkah evaporasi solvent emulsifi minyak-dalam-air untuk mengenkapsulasi PFOB/SPIOs dalam PLGA, diikuti oleh fungsionalisasi permukaan dengan polyallylamine hydrochloride (PAH) untuk memungkinkan pemasangan nanoparticle emas yang stabilisasi sitrat (5 nm). Nukleasi emas diinduksi oleh reduksi hydroxylamine, membentuk nanoshell yang meluas hingga ~30 nm. Partikel akhir di-PEGylated (SH-PEG-COOH) dan diaktivasi dengan EDC/NHS untuk mengonjugasi anti-antibodi Her2, menghasilkan Her2-GPH NPs.

Karakterisasi termasuk FE-SEM dan TEM untuk morfologi, DLS untuk ukuran hidrodinamis dan potensial zeta, spektroskopi UV-Vis untuk properti optik, ICP-AES untuk komposisi elemen, dan relaksometri untuk relaksivitas T₂.

Studi in vitro menggunakan garis sel kanker payudara SKBR3 (positif Her2) dan MDA-MBC-231 (negatif Her2). Sitotoksisitas dievaluasi dengan assay CCK-8. Targeting dievaluasi dengan mikroskopi konfokal laser (CLSM) dan citometri aliran. Citra US menggunakan sistem Mylab Twice (transduser LA522) dalam mode gray-scale 2D dan CEUS; citra MR menggunakan scanner 0,5 T dengan sequence spin-echo. Efektivitas PTT diuji dengan iradiasi laser NIR (808 nm, 1 W cm^‑2) diikuti staining live/dead dan assay viabilitas CCK-8.

Hasil dan Diskusi

Karakterisasi Nanopartikel – Struktur core-shell menampilkan morfologi bola yang seragam dengan diameter rata-rata 248 nm dan polydispersity 0,037. Setelah lapisan emas, ukuran meningkat menjadi 282 nm (PDI 0,18) dan potensial zeta bergeser ke −31 mV, yang menunjukkan stabilitas koloid yang baik. EDS mengonfirmasi kehadiran C, O, Fe, Br, dan Au, sementara ICP-AES mengukur Au (67,7 wt %) dan Fe (2,1 wt %). Spektra UV-Vis menunjukkan absorpsi NIR lebar (600–900 nm) setelah pertumbuhan nanoshell, yang penting untuk konversi fototermal yang efisien.

Performa Fototermal – Di bawah iradiasi 808 nm, larutan Her2-GPH 0,2 mg mL^‑1 naik 18,5 °C setelah 10 menit, dibandingkan 1,2 °C untuk air. Spektra absorpsi tetap tidak berubah setelah iradiasi, mengonfirmasi stabilitas fototermal.

Sitotoksisitas – Her2-GPH NPs menunjukkan toksisitas intrinsik yang tidak signifikan pada kedua garis sel (≥90 % viabilitas hingga 200 μg mL^‑1), yang menunjukkan biocompatibilitas.

Efektivitas Targeting – CLSM menunjukkan fluoresensi hijau yang terang pada membran SKBR3 dengan Her2-GPH, tidak ada pada sel MDA-MBC-231. Citometri aliran mengungkapkan rasio binding 86 % pada SKBR3 versus 2,3 % pada MDA-MBC-231; pemblokiran sebelumnya dengan antibodi bebas mengurangi binding menjadi 3,2 %. Hasil ini mengonfirmasi targeting spesifik yang dimediasi reseptor.

Citra Ultrasound – In vitro, larutan Her2-GPH menghasilkan sinyal CEUS yang kuat, dengan peningkatan intensitas 2,5 kali pada 2 mg mL^‑1 dibandingkan 0,1 mg mL^‑1. Kurva waktu-intensitas menunjukkan retensi sinyal hingga 5 menit. Dalam fantasi sel, sel SKBR3 yang dirawat dengan Her2-GPH menunjukkan nilai gray-scale yang signifikan lebih tinggi dibandingkan kontrol, yang menunjukkan citra molekuler yang ditingkatkan.

Citra MR – Relaksivitas T₂ Her2-GPH adalah 441,47 mM^‑1 s^‑1, >2 kali dari Feridex (152 mM^‑1 s^‑1). Dalam citra sel, SKBR3 yang dirawat dengan Her2-GPH menunjukkan penurunan sinyal 48 % relatif terhadap kontrol; MDA-MBC-231 tetap tidak berubah, yang mengonfirmasi peningkatan kontras selektif.

PTT Terpadu – Staining Calcein-AM/PI dan assay CCK-8 mengungkapkan bahwa hanya Her2-GPH + NIR secara signifikan mengurangi viabilitas SKBR3 (penurunan 62 %), sedangkan GPH + NIR atau Her2-GPH alone memiliki efek minimal. Peningkatan konsentrasi nanoparticle lebih menurunkan viabilitas (<20 % pada 200 μg mL^‑1 dengan NIR). Eksperimen co-culture yang meniru ekspresi Her2 yang heterogen menunjukkan kematian sel yang proporsional terhadap proporsi SKBR3.

Kesimpulan

Kami telah merancang hibrid magnetik nanoshell emas fungsional Her2 yang mengintegrasikan citra ganda US/MR dengan terapi fototermal NIR terpadu. Platform ini menunjukkan targeting spesifik yang tinggi, kontras yang kuat dalam kedua modalitas, dan ablasi sel tumor yang efektif in vitro. Temuan ini melandasi studi in vivo di masa depan dan potensi terjemahan klinis dari sistem teranostik kanker payudara yang presisi.

Ketersediaan Data dan Bahan

Semua dataset yang dihasilkan dan dianalisis termasuk dalam artikel ini.

Singkatan

Au NPs

Nanopartikel emas

CCK‑8

Kit sel-menghitung-8

DAPI

4′,6-Diamidino-2-phenylindole

DI

Deionized

DLS

Scattering laser dinamis

DMEM

Medium Eagle modifikasi Dulbecco

EDC

Ethyl-3-(3-dimetilaminopropil) karbodiimida

EDS

Spektroskopi X-ray energi dispersif

FCM

Citometri aliran

FE-SEM

Mikroskop elektron emissi lapangan skanning

FITC

Isotiosianat fluorescein

GPH NPs

Nanopartikel hibrid magnetik nanoshell emas

Her2

Resepter faktor pertumbuhan epidermis manusia 2

ICP-AES

Spektroskopi emisi atom plasma terpadu

LSCM

Mikroskopi konfokal laser skanning

MRI

Citra resonansi magnetik

NIR

Infra merah dekat

PAH

Hidroklorida polyallylamine

PFOB

Perfluorooctyl bromide

PLGA

Asam polilaktid-koglikolid

PTT

Terapi fototermal

PVA

Alkohol polivinil

SPIOs

Nanopartikel oksida besi superparamagnetik

TIC

Kurva waktu-intensitas

UCA

Agen kontras ultrasound

US

Citra ultrasound