Nanopartikel Respons Gelatinase Perkuat Targeting MRI Karsinoma Sel Sipit Mulut dengan Omniscan

Abstrak

Kami merangkaikan nanopartikel (NP) respons gelatinase yang dimuat dengan agen kontras MRI yang telah disetujui klinis Omniscan (Omn) melalui teknik double-emulsion. Omn-NP yang dihasilkan memiliki ukuran seragam (~120 nm), efisiensi enkapsulasi tinggi (~45 %), dan stabil selama setidaknya enam hari. In vitro, kolagenase IV memicu dekomposisi NP yang cepat dan pelepasan Omn. Dalam model xenograft karsinoma sel sipit mulut (OSCC) manusia, Omn-NP menghasilkan rasio tumor-ke-latarbelakang (TBR) 2,23 ± 0,10 pada 30 menit, melebihi Omn bebas (1,48 ± 0,01 pada 5 menit) dan memperpanjang persisten kontras hingga 180 menit. Hasil ini menunjukkan bahwa Omn-NP menawarkan spesifisitas yang lebih tinggi dan sirkulasi yang lebih lama, menekankan potensinya sebagai agen kontras MRI target tumor generasi berikutnya.

Pendahuluan

Karsinoma sel sipit mulut (OSCC) adalah malignitas paling prevalen di daerah oral dan maksilofasial. Pencitraan yang akurat dan dini sangat penting perencanaan bedah individualisasi dan prognosis yang lebih baik. MRI, bebas radiasi ionis, memberikan kontras jus lunak resolusi tinggi dan adalah modalitas pencitraan pilihan untuk kanker kepala-leher. Namun, chelat gadolinium (Gd) saat ini kurang spesifik tumor; ukuran kecilnya mengarah pada pengosongan ginjal yang cepat dan retensi tumor yang terbatas.

Platform nanopartikel (NP)—terutama yang didasarkan pada polimer yang disetujui FDA seperti metoksi-poli(etilena glikol) (mPEG) dan poli(ε-kaprolakton) (PCL)—telah muncul sebagai pengikatan yang menjanjikan untuk agen pencitraan. Cangkang hidrofiliknya memperpanjang sirkulasi melalui efek penetrasi dan retensi yang ditingkatkan (EPR), sementara inti biodegradable meminimalkan toksisitas jangka panjang. Dalam pekerjaan sebelumnya, kami menyisipkan peptid yang dapat dipotong gelatinase (PVGLIG) antara mPEG dan PCL, memungkinkan pelepasan beban yang spesifik tumor dalam kehadiran metaloproteinase matriks (MMP-2/9). Di sini, kami memperluas strategi ini untuk memuat Omn, menciptakan sistem kontras MRI target tumor yang memanfaatkan EPR dan aktivasi enzimatik.

Bahan dan Metode

Bahan

mPEG-NHS (Mn 5000), peptid PVGLIG, Omniscan, dan kolagenase IV diperoleh dari pemasok komersial. Semua reagensi digunakan sebagaimana adanya.

Sintesis NP Omn Respons Gelatinase

Kopolimer mPEG-Pep-PCL disintesis melalui kopolimerisasi pembukaan cincin. Omn-NP difabrikasi melalui metode depoesi embus double-emulsion (w/o/w): 10 mg kopolimer dilarutkan dalam 1 mL diklorometana; 0,1–0,3 mL Omn ditambahkan, diikuti dengan sonikasi dalam 3 mL 3 % PVA untuk membentuk embus primer, kemudian embus sekunder dalam 5 mL 0,5 % PVA. Penguapan pelarut dan filterasi menghasilkan produk akhir. NP kosong dan Con-Omn-NP (mPEG-PCL) difabrikasi secara identik tanpa peptid atau Omn, masing-masing.

Karakterisasi

Pencaran cahaya dinamis (DLS) menilai ukuran dan indeks polidispersi (PDI) selama 6 hari. Mikroskopi elektron transmisi (TEM) memeriksa morfologi. Pemuatan obat dan efisiensi enkapsulasi dikuantifikasi dengan ICP-AES setelah pencerna asam nitrat. Stabilitas dipantau pada suhu ruangan.

Respons Enzimatik

Omn-NP dan Con-Omn-NP diinkubasi dalam larutan Hank's yang mengandung 0,34 mg mL⁻¹ kolagenase IV pada 37 °C selama 24 jam. Transparansi makroskopis dan citra TEM mengevaluasi dekomposisi NP.

Pengselan Sel In Vitro

Sel OSCC HSC3 diinkubasi dengan NP mPEG-Pep-PCL yang dimuat coumarin-6 (12,5 µg mL⁻¹). Setelah 0,5 dan 1 jam, sel diperbaiki, dicuci, dan dicitrakan dengan mikroskopi konfokal untuk menilai internalisasi NP.

Studi Hewan

Semua prosedur mematuhi pedoman NIH dan disetujui oleh Komite Etik Rumah Sakit Stomatologi Nanjing. Mencit BALB/c nude betina (5–6 minggu) diinokulasi subkutan dengan 1 × 10⁶ sel HSC3. Tumor mencapai ~0,4–0,5 cm sebelum pencitraan.

MRI In Vivo

Mencit menerima satu injeksi vena ekor Omn-NP atau Omn bebas (0,025 mmol kg⁻¹ Gd³⁺). Pemindai Bruker 7,0 T mengambil citra T1-berbobot pada baseline dan 5–180 menit pasca-injeksi. Rasio tumor-ke-latarbelakang (TBR) dikuantifikasi dari pemindaian intensitas sinyal.

IHC untuk MMP-2/9

Setelah pencitraan, jaringan tumor dan organ utama diperbaiki, disatukan dalam parafin, dipotong, dan diwarnai untuk MMP-2 dan MMP-9. Skoring semi-kuantitatif (−, +, ++) mengevaluasi ekspresi enzim.

Analisis Statistik

Data disajikan sebagai mean ± SD. Uji t Student menentukan signifikansi (p < 0,05).

Hasil dan Pembahasan

Karakterisasi NP

DLS mengungkapkan Omn-NP memiliki diameter rata-rata 118 ± 8 nm dan PDI rendah (0,12 ± 0,03), yang menunjukkan distribusi ukuran sempit. NP kosong lebih besar (≈145 nm) dan menunjukkan PDI yang lebih tinggi. Citra TEM mengonfirmasi morfologi sf dan inti gelap internal yang sesuai dengan Omn yang terenkapsulasi.

Pemuatan Obat

Efisiensi enkapsulasi mencapai puncak 45 % dengan 0,1 mL Omn, sementara 0,3 mL menghasilkan pemuatan lebih tinggi (~60 %) namun efisiensi lebih rendah (~30 %). Formulasi 0,1 mL dipilih untuk studi in vivo untuk menyeimbangkan pemuatan dan efisiensi.

Dekomposisi Enzimatik

Dalam kehadiran kolagenase IV, Omn-NP menjadi keruh dan TEM menunjukkan fragmentasi, memverifikasi pemotongan peptid dan dekomposisi NP. Con-Omn-NP tetap utuh, menekankan spesifikitas desain respons gelatinase.

Pengselan Sel

Citra konfokal menunjukkan fluoresensi hijau yang kuat dalam sitoplasma HSC3 setelah 1 jam, yang menunjukkan internalisasi NP yang efisien melalui endosito.

Performa MRI In Vivo

Omn-NP menghasilkan TBR maksimum 2,23 ± 0,10 pada 30 menit, sedangkan Omn bebas mencapai puncak 1,48 ± 0,01 pada 5 menit. Kontras bertahan selama 180 menit dengan Omn-NP dibandingkan 30 menit untuk Omn bebas, mencerminkan retensi tumor yang lebih lama dan pengosongan ginjal yang dikurangi. Analisis statistik mengonfirmasi peningkatan yang signifikan (p < 0,05).

Ekspresi MMP-2/9

IHC menunjukkan staining (++) yang kuat, terikat pada matriks ekseluler dalam jaringan tumor, sementara organ normal menunjukkan ekspresi yang nyaris nol (−). Ini memvalidasi pemicu enzimatik yang spesifik tumor.

Kesimpulan

Kami berhasil memabrikasi NP respons gelatinase yang dimuat Omniscan yang meningkatkan kontras tumor MRI dalam model OSCC. Sistem ini menawarkan kontras tumor-ke-latarbelakang yang lebih baik, retensi yang diperpanjang, dan akumulasi off-target yang minimal. Komposisinya yang terdiri dari PEG yang biokompatibel, PCL yang biodegradable, dan Omn yang disetujui klinis memosisikannya untuk potensi translasi yang cepat. Pekerjaan di masa depan akan difokuskan pada optimasi efisiensi pemuatan dan eksplorasi co-pelaporan beban terapeutik.

Ketersediaan Data dan Material

Data yang mendukung temuan ini tersedia dari penulis yang sesuai atas permintaan.

Singkatan

NPs

Nanopartikel

Omn

Omniscan

OSCC

Karsinoma sel sipit mulut

MMP

Metaloproteinase matriks

Gd

Gadolinium

mPEG

Metoksi-poli(etilena glikol)

PCL

Poli(ε-kaprolakton)

Pep

Peptid

Omn-NP

NP mPEG-Pep-PCL yang dimuat Omniscan

Con-Omn-NP

NP mPEG-PCL yang dimuat Omniscan

MRI

Pencitraan resonansi magnetik

EPR

Efek penetrasi dan retensi yang ditingkatkan

DCM

Diklorometana

PVA

Poli(alkohol vinyl)

DLS

Pencaran cahaya dinamis

PDI

Indeks polidispersi

TEM

Mikroskopi elektron transmisi

ICP-AES

Spektrometri emisi atom plasma terikat secara inductif

DMEM

Medium Dulbecco yang dimodifikasi Eagle

FBS

Serum sapi fetus

IHC

Imunohistokimia

PBS

Salin buffer fosfat