Kami menyajikan studi perbandingan toksisitas polietilen glikol (PEG)-coated kobalt ferit nanopartikel dan nanospheres. Nanopartikel dibuat dengan metode hidrotermal sedangkan nanosfer dibuat dengan teknik solvotermal. Permukaan nanomaterial berhasil dimodifikasi dengan polietilen glikol. Untuk menyelidiki morfologi sampel yang disiapkan, digunakan difraksi sinar-X (XRD), spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR), spektroskopi Raman, analisis termogravimetri (TGA), dan mikroskop elektron. Analisis struktural mengkonfirmasi pembentukan nanopartikel ferit kobalt polikristalin dengan diameter dalam kisaran 20-25 nm dan nanospheres dalam kisaran 80-100 nm, masing-masing. Tikus Kunming SPF (betina, 6-8 minggu) digunakan untuk menyelidiki toksisitas yang disebabkan oleh nanopartikel kobalt ferit dan nanospheres di berbagai organ tikus. Studi biodistribusi, indeks biokimia, penilaian histopatologi, faktor inflamasi, tingkat oksidasi dan antioksidan, dan tes sitotoksisitas dilakukan untuk menilai toksisitas yang disebabkan oleh nanopartikel kobalt ferit dan nanospheres pada tikus. Nanospheres ferit kobalt ditemukan lebih beracun daripada nanopartikel dan kurkumin terbukti menjadi agen penyembuhan yang baik untuk toksisitas yang disebabkan oleh nanomaterial kobalt ferit berlapis PEG pada tikus.
Pengantar
Dalam beberapa tahun terakhir, nanomaterial magnetik telah menerima minat besar baik dalam penelitian fundamental dan aplikasi teknologi. Aplikasi ini termasuk, tetapi tidak terbatas pada, kendaraan penghantaran obat [1,2,3], magnetic resonance imaging (MRI) [4,5,6], hipertermia [7,8,9], biosensor [10], sel pemisahan [11], pemisahan protein [11, 12], magnetofeksi gen [13,14,15], dan pencemaran lingkungan dan remediasi [16, 17]. Ferit kobalt, sebagai bahan magnet keras, digunakan sebagai agen kontras untuk MRI, penghantaran obat yang ditargetkan, dan mediator pemanas pada hipertermia [18,19,20,21,22,23]. Meskipun kobalt ferit digunakan dalam aplikasi biomedis, namun memiliki batasan tertentu seperti toksisitasnya yang tinggi karena jumlah kobalt yang dilepaskan dalam larutan, agregasi dalam larutan, dan aksesibilitas permukaan yang buruk ketika surfaktan digunakan. Oleh karena itu, masalah ini diatasi dengan penggunaan modifikasi permukaan dengan bahan pendispersi dan biokompatibel tertentu, tidak beracun, dan stabil dalam air [24,25,26,27,28]. Selain itu, fabrikasi kobalt ferit mudah dan hemat biaya dengan komposisi, bentuk, dan ukuran yang disesuaikan untuk aplikasi tertentu. Ada berbagai teknik yang diadopsi untuk sintesis kobalt ferit berukuran nano, termasuk mekanokimia [29], sonokimia [30], co-presipitasi [31, 32], mikro-emulsi [33], dan lain-lain [34,35,36,37 ,38]. Demikian pula, teknik lain termasuk metode ramah lingkungan satu langkah diadopsi untuk fabrikasi nanocluster tembaga fluoresen yang disesuaikan menggunakan kurkumin sebagai template [39]. Kelemahan utama dari sebagian besar teknik ini adalah kristalinitas rendah dari bahan yang disiapkan, yang pada gilirannya menyebabkan penurunan yang signifikan dari karakteristik magnetik. Dalam hal ini, teknik hidrotermal [40] dan solvothermal [41] adalah teknik yang paling efektif dan efisien untuk mensintesis kobalt ferit dengan morfologi dan kristalinitas yang terkontrol.
Dalam literatur, berbagai nanomaterial seperti nanopartikel perak (Ag NPs) telah dilaporkan digunakan untuk pengobatan antimikroba dan penyakit menular terkait serta digunakan sebagai nanovehicles untuk pengiriman obat dan pengobatan penyakit yang berbeda [42]. Dalam artikel ulasan lain, ferrates telah dilaporkan digunakan untuk menghilangkan beragam spesies kimia dan biologis dari air limbah [43]. Dalam aplikasi biomedis kobalt ferit nanomaterials, masalah utama adalah akumulasi kobalt ferit dalam organ, mengakibatkan toksisitas dalam tubuh yang memerlukan penghapusan segera dari nanomaterial yang dikumpulkan dari organ dan membutuhkan penyembuhan kerusakan yang disebabkan oleh kobalt ferit. Beberapa peneliti telah mempelajari obat anti inflamasi dan menemukan bahwa obat ini dapat mengurangi toksisitas yang disebabkan oleh nanomaterial [44, 45]. Kurkumin dengan karakteristik antioksidan, antimutasi, antitumor, dan karsinogenik dapat digunakan sebagai agen penyembuhan untuk toksisitas yang disebabkan oleh nanomaterial kobalt ferit [46,47,48]. Ia memiliki kemampuan untuk digunakan sebagai penghambat TNF secara in vitro dan in vivo dengan membuat ikatan dengan TNF secara langsung [49].
Tujuan dari pekerjaan ini adalah untuk membuat polietilen glikol (PEG)-dilapisi kobalt ferit nanopartikel dan nanospheres di laboratorium dengan morfologi terkontrol. Dosis nanomaterial yang berbeda disuntikkan secara intravena ke tikus dan analisis darah, biodistribusi, pewarnaan HE, dan studi viabilitas sel dilakukan untuk menilai toksisitas nanomaterial ini. Perbandingan toksisitas nanopartikel kobalt ferit dan nanospheres dibuat dan kurkumin digunakan sebagai agen penyembuhan untuk toksisitas yang disebabkan oleh nanospheres ferit kobalt pada tikus. Ditunjukkan bahwa kobalt ferit nanosfer lebih beracun daripada nanopartikel karena area permukaannya yang diperbesar, yang membuatnya lebih beracun dan lebih reaktif daripada nanopartikel. Sejauh pengetahuan kami, ini adalah studi terperinci pertama dari jenis ini yang belum pernah dilakukan sebelumnya.
Bahan dan Metode
Persiapan Nanomaterial
Untuk persiapan nanopartikel kobalt ferit berlapis PEG, kami mengadopsi teknik hidrotermal [40, 47]. Untuk tujuan ini, larutan kobalt klorida (0,2 M) dan besi nitrat (0,4 M) masing-masing disiapkan secara terpisah dalam 25 mL air deionisasi (DI) dan kemudian larutan ini dicampur dengan 25 mL larutan polietilen glikol (2,5 mM) dan natrium hidroksida (3 M), masing-masing. Campuran kemudian diaduk selama 20 min dan dituangkan ke dalam autoklaf stainless steel (SS), yang dipanaskan pada 180 °C selama 6 h. Ketika proses selesai, campuran didinginkan sampai suhu kamar dan kemudian larutan dicuci 2-3 kali menggunakan air DI dan etanol untuk menghilangkan kotoran yang tidak diinginkan dari campuran. Campuran dikeringkan pada suhu sekitar 80 °C semalaman dalam oven dan kemudian digiling menjadi bubuk halus untuk mendapatkan nanopartikel kobalt ferit yang diinginkan.
Untuk persiapan nanospheres kobalt ferit berlapis PEG, teknik solvotermal digunakan. Untuk tujuan ini, kobalt klorida heksahidrat dilarutkan dalam 40 mL etilen glikol (2,5 mM) yang diikuti dengan penambahan 1,35 g besi klorida heksahidrat dan 1 g polietilen glikol (PEG). Campuran kemudian diaduk selama sekitar 30 menit dan kemudian disegel dalam autoklaf SS berlapis Teflon. Autoklaf kemudian dipanaskan pada suhu 200 °C selama 8 jam dan setelah reaksi selesai, kemudian didinginkan hingga suhu kamar. Campuran dicuci dengan air deionisasi dan etanol dan kemudian dikeringkan pada suhu 80 °C semalaman dalam oven. Akhirnya, campuran digiling menjadi bubuk halus untuk mendapatkan nanospheres ferit kobalt berlapis PEG dengan diameter dalam kisaran 80–100 nm. Morfologi nanomaterial disiapkan diselidiki dengan difraksi sinar-X (XRD) mengikuti metode yang digunakan dalam Ref. [50], pemindaian dan mikroskop elektron transmisi (SEM dan TEM) seperti yang digunakan dalam Ref. [50, 51], spektroskopi Fourier Transform Infrared (FTIR) suhu kamar untuk penentuan gugus fungsi dalam ferit kobalt mirip dengan Ref. [51], spektroskopi Raman, dan analisis Termogravimetri (TGA) seperti yang digunakan dalam Ref. [52].
Pelabelan Radioaktif Bahan Nano
Pelabelan radio nanopartikel dan nanospheres kobalt ferit berlapis PEG dilakukan dengan
99m
Tc menggunakan stannous klorida sebagai reduktor [53,54,55]. Untuk tujuan ini,
99jt
fresh baru TcO4 eluat generator (50 μL dengan aktivitas 4 mCi) dibuat dengan menambahkan 30 μL SnCl2 suspensi (1 mg/mL dalam 0,5 N HCl). Dengan bantuan NaHCO3 larutan (1 M), pH suspensi diatur dalam kisaran 8-10. Larutan nanopartikel dan nanosfer (masing-masing 40 μL) yang mengandung ~ 0,4% berat dalam kobalt ferit dicampur dengan suspensi stannous klorida (50 μg), asam askorbat (10 mg/mL), dan
99m
TcO4 . Campuran kemudian diaduk pada 10.000 rpm selama 25 menit pada 80 °C. Untuk pengukuran yang akurat, jumlah radioaktif dicatat dalam 24 jam karena masa pakai yang singkat
99m
Tc (~ 6 h). Supernatan kemudian dituang setelah sentrifugasi dan bahan yang tersisa diidentifikasi menjadi
99m
Tc-PEG-kobalt ferit nanopartikel dan nanospheres. Kromatogram kertas digunakan untuk mengukur hasil radioaktif dari senyawa berlabel, yang lebih dari 65% yang mencerminkan biodistribusi nyata dari bahan nano pada tikus in vivo.
Biodistribusi Nanomaterials
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1, tikus Kunming SPF (betina, 6-8 minggu, berat 18-20 g) diperoleh dari Pusat Laboratorium untuk Ilmu Kedokteran, Universitas Lanzhou, Cina. Semua tikus disimpan di dalam kandang di bawah sistem yang dikontrol suhu yang dipertahankan pada 21–22 °C dan lampu dinyalakan dari pukul 08:00 hingga 20:00 h. Akses gratis ke makanan dan air keran diberikan kepada tikus dan mereka ditangani mengikuti protokol Perawatan Hewan Laboratorium yang Diformulasikan oleh Perhimpunan Riset Medis Nasional dan pedoman dari Institut Kesehatan Nasional AS. Mencit dibagi secara acak menjadi beberapa kelompok dengan masing-masing kelompok berisi 5 ekor mencit kemudian disuntik secara intravena dengan
99m
Solusi ferit Tc-PEG-kobalt dari nanopartikel dan nanospheres dan dibunuh setelah 1 h, 6 h, 16 h, dan 24 h, masing-masing. Jaringan dari jantung, paru-paru, hati, limpa, dan ginjal segera dibedah, dibungkus dengan foil, ditimbang dan kemudian radioaktivitas
99m
Tc di setiap jaringan diukur menggunakan detektor penghitung gamma. Biodistribusi nanomaterial di berbagai organ tikus disajikan dalam persen dosis injeksi per gram jaringan basah (yaitu, % ID/g).
Diagram skema model eksperimen
Pewarnaan Hematoksilin dan Eosin
Untuk pewarnaan hematoxylin dan eosin (HE), lilin parafin diiris menjadi xilena untuk dewaxing dan prosesnya diulang dua kali masing-masing selama sekitar 10 menit. Hidrasi sampel dilakukan dengan mentransfer slide melalui larutan etanol yang berbeda dengan konsentrasi etanol 100%, etanol 95%, dan etanol 70% masing-masing selama 2 menit. Preparat dibilas dengan air kran yang mengalir pada suhu kamar selama sekitar 2 menit dan setelah proses selesai, inti diwarnai dalam larutan pewarnaan hematoxylin pada suhu 60 °C selama 10 s dan kemudian pada suhu kamar selama 1 menit dan slide kemudian ditempatkan di bawah air keran yang mengalir pada suhu kamar selama sekitar 5 menit. Pewarnaan sampel dalam larutan eosin Y kerja selama 2 menit dan kemudian sampel dikeringkan terlebih dahulu dengan mencelupkan ke dalam etanol 95% dan kemudian dalam etanol 100% masing-masing selama 2 menit. Sitoplasma diwarnai selama 7 detik dengan cara direndam dalam larutan pewarnaan eosin selama 15 detik. Setelah pemindahan, sitoplasma dicuci dan didehidrasi dengan etanol absolut dua kali masing-masing selama 1 menit. Jaringan kemudian dibuat transparan dengan Xylene selama 15 detik dan sitoplasma diperiksa dan kemudian difoto menggunakan segel karet netral. Pemeriksaan mikroskopis jaringan dilakukan menggunakan mikroskop Olympus Microphot-CX41 yang digabungkan dengan kamera digital.
Indeks Biokimia dan Faktor Peradangan
Dua ratus lima puluh mikrogram nanopartikel kobalt ferit berlapis PEG dan nanospheres disuntikkan secara intravena ke tikus dari kelompok paparan sementara kelompok kontrol diperlakukan dengan salin normal 0,9% dan semua tikus kemudian dibunuh setelah 24 jam. Darah dikumpulkan dari tikus dan disentrifugasi selama sekitar 10 menit untuk mendapatkan serum darah. Kadar serum TB, ALT, AST, BUN, CREA, dan Cys-C diukur dengan enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) dan western blot. Enzim terkait dengan hati, IL-6, IL-8, dan TNF-α, memainkan peran kunci dalam respon inflamasi yang disebabkan oleh nekrosis. Biasanya tingkat tinggi dari ekspresi ini terjadi ketika organ merespon peradangan.
Uji Viabilitas Sel MTT
Potensi sitotoksik nanopartikel kobalt ferit berlapis PEG dan nanospheres ditentukan oleh MTT, uji kolorimetri untuk mengevaluasi aktivitas metabolisme sel. Sel epitel manusia L-132 dan monosit manusia THP-1 yang dibeli dari Shanghai, Cina, diekspos ke berbagai konsentrasi nanopartikel dalam kisaran 30–125 μg/mL dan nanosfer dalam kisaran 50–250 μg/mL dan kerapatan optiknya adalah diukur pada 590 nm untuk pengujian yang berbeda menggunakan sistem spektrofotometer lempeng mikro (UNICO WFZ UV-2000, Shanghai, Cina). Sel L-132 dipilih karena inhalasi adalah rute utama untuk pemaparan bahan nano dan sel THP-1 digunakan karena perannya dalam membersihkan bahan asing. Dalam setiap pengujian, sel-sel yang tidak diobati dinilai sebagai kontrol negatif. Penghambatan aktivitas enzim diamati dalam sel, yang dibandingkan dengan sel yang tidak diberi perlakuan (kontrol negatif) dan nilainya diturunkan dalam bentuk rasio kontrol negatif dan diplot terhadap konsentrasi nanopartikel dan nanosfer.
Analisis Statistik
Setiap titik data dilaporkan sebagai nilai rata-rata (±sem) dari percobaan yang dilakukan dalam rangkap tiga. Signifikansi perbedaan dievaluasi menggunakan analisis varians dan grafik statistik digambar dengan bantuan perangkat lunak Origin dan Microsoft Excel.
Hasil dan Diskusi
Analisis Struktural
Analisis struktural (XRD, FTIR, Raman, dan TGA) dari nanomaterials disiapkan ditunjukkan pada Gambar. 2. Hasil XRD pada Gambar. 2a mewakili ferit kobalt dilapisi dan tidak dilapisi pada skala nano, yang menegaskan bahwa ferit kobalt berhasil dibuat. Posisi dan intensitas relatif dari semua puncak yang diamati dalam data XRD mengkonfirmasi sifat kristal dari ferit kobalt. Tidak ada puncak tambahan yang diamati, yang menunjukkan kemurnian ferit kobalt yang disiapkan. Ukuran kristal rata-rata ferit kobalt ditentukan dengan menggunakan persamaan Scherrer [56], yang ditemukan ~ 24 nm. Spektroskopi Fourier Transform Infrared (FTIR) dilakukan untuk mengetahui distribusi kation (nikel, kobalt, dan besi) pada kobalt ferit. Gambar 2b menunjukkan data FTIR yang dikumpulkan pada suhu kamar. Secara teoritis, kobalt ferit memiliki dua pita serapan yang kuat (ʋ1 dan 2 ) bersama dengan beberapa lainnya yang muncul dalam kisaran 400–600 cm
−1
. Semua puncak ini dengan jelas ditunjukkan dalam data kami yang ditunjukkan pada Gambar. 2b. Dalam data FTIR, 1 sesuai dengan getaran regangan intrinsik logam di situs tetrahedral, sedangkan 2 sesuai dengan getaran peregangan ion logam di situs oktahedral [57,58,59]. Puncak yang muncul pada FTIR pada 3421 cm
−1
sesuai dengan polietilen glikol (PEG) yang menunjukkan ikatan yang berhasil pada permukaan ferit kobalt. Analisis Raman ferit kobalt yang dikumpulkan pada suhu kamar ditunjukkan pada Gambar. 2c, yang menunjukkan 5 puncak berbeda yang dapat dilihat pada data. Puncaknya muncul di bawah 700 cm
−1
adalah puncak karakteristik utama (A1g mode) ferit kobalt yang sesuai dengan peregangan ion oksigen di sepanjang ikatan Fe-O di situs tetrahedral [60], sedangkan puncak lain yang muncul dalam data juga milik ferit kobalt. Ini menegaskan keberhasilan fabrikasi ferit PEG-kobalt dalam percobaan kami. Gambar 2d menunjukkan hasil TGA dari sampel yang dikumpulkan pada kisaran suhu 50–380 °C yang menunjukkan bahwa kobalt ferit kehilangan beratnya pada suhu yang berbeda. Juga terbukti dalam analisis TGA bahwa stabilitas termal PEG relatif rendah sedangkan PEG-kobalt ferit tinggi.
a Hasil XRD dari ferit kobalt. b Spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR) yang digunakan dalam kisaran 500–4000 cm
−1
. c Suhu kamar Spektrum Raman dari sampel yang dikumpulkan dalam 190–1000 cm
−1
rentang frekuensi. d Analisis termogravimetri (TGA) CoFe berlapis PEG2 O4 dikumpulkan dalam kisaran suhu 50–400 °C
Analisis mikroskop elektron sampel ditunjukkan pada Gambar. 3. Gambar 3(a) dan (b) menunjukkan gambar SEM dari nanopartikel kobalt ferit berlapis PEG dan nanospheres, sedangkan Gambar 3(c) dan (d) menunjukkan analisis TEM dari nanospheres dan nanopartikel, masing-masing. Hasil ini menunjukkan bahwa ukuran rata-rata nanopartikel adalah sekitar 25 nm dan nanosphere adalah 80–100 nm. Dari gambar TEM nanospheres, jelas bahwa nanospheres terdiri untuk sejumlah besar nanopartikel kecil dengan luas permukaan yang besar, sehingga membuat mereka mesopori yang sangat diinginkan untuk aplikasi medis dari nanomaterial sebagai kendaraan pembawa obat. Semua analisis struktural ini mengkonfirmasi keberhasilan pembentukan fase murni nanopartikel dan nanospheres kobalt ferit berlapis PEG.
SEM nanopartikel kobalt ferit (a ) dan nanosfer (b ). Gambar TEM nanopartikel kobalt ferit berlapis PEG (c ) dan nanosfer (d ), dikumpulkan pada resolusi yang berbeda
Studi Biodistribusi
Secara kuantitatif, biodistribusi nanopartikel kobalt ferit berlapis PE dan nanospheres dalam darah, jantung, hati, limpa, paru-paru, dan ginjal setelah interval waktu yang berbeda (1, 6, 16, dan 24 h) ditunjukkan pada Gambar. 4. kehadiran ferit kobalt dalam darah dan organ lain dinilai dalam 24 jam setelah injeksi intravena
99m
Larutan ferit Tc-PEG-kobalt (partikel nano dan nanosfer). Dalam kasus nanosfer yang ditunjukkan pada Gambar. 4(a), retensi darah kobalt ferit ditemukan menjadi 6,5 ± 0,33% ID/g setelah 1 jam paparan dan kemudian secara bertahap menurun selama interval waktu berikutnya (yaitu, 6, 16, dan 24 jam). Terlihat bahwa nanospheres terutama didistribusikan di jantung, hati, limpa, paru-paru, dan ginjal; namun, kebanyakan dari mereka terutama terakumulasi di limpa. Selain itu, biodistribusi nanospheres di berbagai organ ditemukan tertinggi setelah satu jam pertama dan kemudian menurun secara bertahap dan tetap kurang dari 30% setelah 6 h. Dalam kasus nanopartikel kobalt ferit, retensi darah nanopartikel adalah sekitar 2,8 ± 0,14% ID/g setelah 1 jam paparan, menunjukkan pembersihan bahan radioaktif yang relatif cepat dari kolam darah tubuh dan kemudian menurun seiring berjalannya waktu. seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4 (b). Nanopartikel didistribusikan di jantung, hati, limpa, paru-paru, dan ginjal dengan konsentrasi maksimum di limpa dan hati. Jelas dari gambar bahwa biodistribusi nanopartikel dalam darah dan organ lain tertinggi setelah jam pertama dan kemudian secara bertahap menurun setelah 6 h dan akhirnya mencapai nilai terendah setelah 24 h. Jika kita membandingkan hasil biodistribusi nanosfer dan nanopartikel, terlihat bahwa akumulasi/adanya nanosfer kobalt ferit berlapis PEG dalam darah dan organ mencit lainnya lebih banyak dibandingkan dengan nanopartikel. Ini mungkin terkait dengan luas permukaan yang besar dan porositas nanosfer yang tinggi dibandingkan dengan nanopartikel, yang merupakan salah satu faktor penting untuk menentukan reaktivitas interaksi bahan nano dengan sistem biologis. Dalam kasus nanopartikel, sifat non-mesoporous mereka dengan luas permukaan spesifik yang rendah membuat mereka kurang reaktif dibandingkan nanospheres di bawah kondisi yang sama. Fitur-fitur ini mungkin telah mengurangi resistensi berkepanjangan nanopartikel kobalt ferit berlapis PEG dalam darah dan organ tikus lainnya. Selain itu, nanospheres menyebabkan pembentukan kompleks dengan biomolekul dan mengakibatkan peningkatan tingkat spesies radikal, meningkatkan tingkat stres oksidatif, merusak DNA seluler, dan mengakibatkan stres oksidatif oleh peroksidasi lipid.
Biodistribusi PEG-CoFe2 O4 dalam darah, jantung, hati, limpa, paru-paru, dan ginjal setelah interval yang berbeda (1, 6, 16, 24 h) terkena nanospheres (a ) dan nanopartikel (b )
Indeks Biokimia
Untuk mempelajari efek toksisitas nanopartikel PEG-kobalt ferit dan nanospheres pada tikus, indeks biokimia diukur dan hasilnya disajikan pada Gambar. 5. Berbagai parameter termasuk ALT, AST, BUN, CREA, TB, dan Cys-C diukur untuk tikus kelompok kontrol dan paparan. Perangkat lunak SPSS digunakan untuk ekstraksi data dengan *P <0,05 yang mewakili perubahan signifikan selama pengukuran. Baik pada nanosfer maupun nanopartikel, terlihat bahwa semua indeks biokimia menunjukkan perubahan yang signifikan jika dibandingkan dengan mencit kelompok kontrol (*P <0,05). Pada kelompok paparan kobalt ferit nanosfer, kadar ALT, AST, dan BUN menunjukkan perbedaan yang signifikan (*P <0,05) dibandingkan dengan tikus kelompok kontrol, sedangkan dalam kasus kelompok paparan nanopartikel, hanya Cys-C yang menunjukkan perbedaan yang signifikan dibandingkan dengan tikus kelompok kontrol (*P <0,05). Terlihat bahwa TB dan Cys-C yang terutama bertanggung jawab atas biomarker fungsi ginjal menurun secara signifikan dalam kasus nanospheres. Hal ini menunjukkan bahwa ginjal lebih dipengaruhi oleh paparan nanospheres ferit PEG-kobalt dibandingkan dengan nanopartikel. AST, sebagai biomarker untuk hati, lebih dipengaruhi oleh paparan partikel nano dan nanosfer. Hal ini menunjukkan bahwa paparan ferit kobalt dapat mempengaruhi fungsi hati. Dari semua hasil ini, jelas bahwa nanosfer ferit PEG-kobalt menciptakan lebih banyak kerusakan pada tikus in vivo dibandingkan dengan nanopartikel ferit kobalt.
Indeks biokimia dalam serum darah tikus kelompok kontrol, nanopartikel, dan nanosphere. Data mewakili mean ± SD dari dua percobaan independen yang dilakukan dalam rangkap tiga. *P <0,01
Studi Histopatologi
Kami telah mempresentasikan analisis histopatologi tikus kontrol, nanopartikel, nanosfer, dan kelompok perlakuan seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 6. Jika kita membandingkan hasil kelompok paparan nanosfer dan nanopartikel dengan tikus kelompok kontrol, terlihat bahwa nanosfer ferit PEG-kobalt adalah menghasilkan lebih banyak kerusakan pada organ yang berbeda (hati, limpa, ginjal, dan paru-paru) tikus dibandingkan dengan kelompok paparan nanopartikel. Di ginjal, kongesti glomerulus terjadi bersama-sama dengan edema ringan dan sel inflamasi interstisial terlihat dalam kasus asupan nanospheres bila dibandingkan dengan paparan nanopartikel dan tikus kelompok kontrol. Terlihat juga bahwa nanopartikel menunjukkan peradangan yang lebih sedikit daripada nanospheres. Dalam kasus paparan nanopartikel, ditemukan bahwa paru-paru relatif kurang terpengaruh sedangkan dalam kasus nanospheres, dinding alveolar ditemukan menebal dan fibrosis ringan terlihat. Selain itu, untuk kelompok paparan nanosfer, hepatosit menunjukkan pembengkakan dan terjadi edema, sedangkan peradangan yang relatif lebih sedikit ditemukan pada tikus kelompok paparan nanopartikel.
Bagian histologi jaringan dari kelompok yang berbeda (kontrol, nanopartikel, nanosfer, dan perlakuan)
Faktor Peradangan dan Tingkat Oksidasi/Antioksidan
Tingkat ekspresi IL-6, IL-8, TNF-α, MDA, dan T-AOC diukur dan hasilnya ditunjukkan pada Gambar. 7. Gambar 7a mewakili pita western blot dari IL-6, IL-8, dan -aktin untuk kelompok kontrol, nanopartikel, dan nanosfer. Tingkat protein relatif IL-6 dan IL-8 untuk kelompok kontrol, nanopartikel, dan nanosfer ditunjukkan pada Gambar. 7b, sedangkan kandungan TNF-α, MDA, dan T-AOC ditunjukkan pada Gambar. 7c– e dengan *P <0,05 untuk kelompok paparan versus kelompok kontrol ± sem. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kadar IL-6, IL-8, TNF-α, dan MDA untuk mencit kelompok paparan kobalt ferit nanosfer lebih tinggi dibandingkan dengan kelompok nanopartikel dan kedua kadar tersebut lebih tinggi dibandingkan mencit kelompok kontrol. Dalam kasus T-AOC, tingkat nanospheres lebih rendah daripada paparan nanopartikel dan tikus kelompok kontrol. Semua hasil ini menunjukkan bahwa nanopartikel dan nanospheres menyebabkan peradangan pada tikus, terutama di hati. Namun, nanospheres mempengaruhi organ lebih dari nanopartikel. Ini dipahami dengan baik bahwa nanomaterial dalam tubuh menghasilkan radikal bebas oksigen (ROS), yang menyebabkan serangkaian pengurangan kualitatif antioksidan, mengakibatkan kerusakan oksidasi jaringan biologis yang berdampak buruk pada organisme seluler [61, 62]. Selain itu, ketika kadar IL-6, IL-8, TNF-α, MDA, dan T-AOC untuk tikus yang terpapar nanopartikel dibandingkan dengan yang terpapar nanosfer, ditemukan bahwa nanosfer kobalt ferit menghasilkan lebih banyak peradangan. dibandingkan dengan tikus kelompok paparan nanopartikel.
Ekspresi IL-6, IL-8, TNF-α, MDA, dan T-AOC. a Pita Western blot untuk IL-6, IL-8, dan -aktin dalam kelompok kontrol, nanopartikel, dan nanosfer. b Tingkat ekspresi relatif IL-6 dan IL-8. c Kandungan TNF-α. d tingkat MDA. e Bagan statistik konten T-AOC untuk kelompok kontrol dan paparan (nanopartikel dan nanosfer). (*P <0,05 untuk kelompok paparan versus kelompok kontrol ± sem)
Penilaian Sitotoksisitas
Studi sitotoksisitas untuk konsentrasi yang berbeda dari nanospheres kobalt ferit berlapis PEG dan nanopartikel dilakukan dan hasilnya disajikan pada Gambar. 8. Persentase kelangsungan hidup sel L-132 ditunjukkan pada Gambar. 8 (a), sedangkan Gambar. 8 (b) mewakili persentase kelangsungan hidup sel THP-1. Terlihat bahwa untuk konsentrasi di atas 100 g/mL, ada perubahan signifikan dalam viabilitas sel yang diamati untuk kedua sel, dan terlihat bahwa hasilnya lebih jelas dalam kasus nanosfer PEG. Ini menegaskan bahwa nanospheres ferit kobalt menghasilkan lebih banyak kerusakan dibandingkan dengan nanopartikel. Selain itu, viabilitas sel menurun dengan meningkatnya konsentrasi nanopartikel dan nanospheres, yang menunjukkan bahwa ferit kobalt berlapis PEG dalam kedua bentuk menghasilkan lebih banyak toksisitas pada tikus dengan peningkatan konsentrasi. Karena dua target seluler yang berbeda (L-132 dan THP-1), seseorang dapat mengharapkan respons seluler tidak identik, tergantung pada mekanisme kematian sel [63]. Alasan yang mungkin untuk menjelaskan spesifisitas target seluler bahkan untuk ukuran partikel yang sama dapat dikaitkan dengan fungsi fagositosis, yang mencirikan monosit (sel THP-1), tetapi bukan sel epitel paru [64]. Telah dipahami dengan baik bahwa nanosfer tunggal terdiri dari sejumlah besar nanopartikel kecil. Dengan demikian, ia memiliki luas permukaan yang besar dibandingkan dengan nanopartikel dan oleh karena itu, ia memiliki lebih banyak reaktivitas dan lebih banyak kemungkinan interaksi dengan sistem biologis (jaringan) dibandingkan dengan nanopartikel. Selain itu, karena ukuran nanosfer yang lebih besar, mereka tidak dapat dikeluarkan dengan mudah melalui sirkulasi darah atau urin begitu mereka masuk ke dalam organ. Oleh karena itu, mereka tetap berada di dalam tubuh (organ) untuk waktu yang relatif lebih lama dibandingkan dengan nanopartikel, yang pada gilirannya mempengaruhi jaringan secara negatif. Selain itu, nanosfer menyebabkan berkurangnya fungsi makrofag, berkurangnya fagositosis nanosfer itu sendiri, dan berkurangnya mobilitas makrofag dan disfungsi sitoskeletal.
Sitotoksisitas nanopartikel kobalt ferit berlapis PEG dan nanospheres dalam sel L-132 (a ) dan sel THP-1 (b ). *P <0,01 dan **P <0,05 untuk dua sel dibandingkan dengan kontrol yang tidak diobati. Data mewakili rata-rata ± SD dari dua eksperimen independen yang dilakukan dalam rangkap tiga
Efek Kurkumin terhadap Toksisitas
Biochemical indexes in blood serum were studied for nanosphere exposure group and curcumin-treated group and the results were compared with control group mice, which are shown in Fig. 9. It was found that all these indices in the treatment group mice showed significant improvements after the administration of curcumin when compared their values with nanosphere exposure and control group mice. In the figure, it is seen that the expression levels of ALT, AST, BUN, CREA, CYS-C, and TB were approached towards the normal values after the administration of curcumin. This can be attributed to the fact that curcumin has strong antioxidant characteristics which reduces the oxidative stress produced as a result of the toxicity induced by cobalt ferrite [47]. It has also been reported that TNF-α and IL-1 play important role in the induction of hepatic necrosis and curcumin reduces the effect of toxicity by inhibiting the secretion of TNF-α and IL-1 by macrophages [48], similar to the work reported earlier in Ref. [65].
Biochemical indexes in blood serum of the control, nanosphere exposure, and treatment group mice (*P <0.05 compared with untreated controls)
Conclusion
In this work, we successfully fabricated PEG-coated cobalt ferrite nanoparticles and nanospheres via hydrothermal and solvothermal methods, respectively. From structural analyses, it was found that the prepared nanomaterials are highly pure, crystalline, and biocompatible in nature resulting from the successful attachment of PEG. It was found that both nanospheres and nanoparticles of cobalt ferrite are toxic to biological systems. Furthermore, it was shown that nanospheres of cobalt ferrite are more toxic than the nanoparticles due to their large surface area and more reactivity with biological tissues. Positive changes were monitored in biochemical indexes after the administration of curcumin which is a natural chemical possessing no side effects, thus confirming it can be used as the healing agent for the toxicity induced by cobalt ferrite nanospheres.
