Titik Karbon Fluoresens Hijau Terjangkau: Bioimaging dan Pengiriman Obat Terarah
Abstrak
Titik karbon terserap doksorubisin (DOX-CDs) disiapkan untuk bioimaging dan pengiriman obat seluler yang ditingkatkan. CDs disintesis melalui metode hidrotermal menggunakan sitrat dan urea pada 200 °C selama 1 jam. Kemudian, DOX berhasil dikonjugasi pada CDs melalui interaksi fisikokimia. DOX-CDs menunjukkan struktur kristal yang baik, stabilitas akueresa yang luar biasa, properti fotoluminesensi yang unggul, dan hasil kuantum sebesar 93%. Citra fluoresens mengungkapkan bahwa DOX-CDs dapat dengan mudah diambil oleh sel kanker untuk pemberi label sel. Selain itu, perilaku rilisan DOX yang dibantu pH endo-lisosom diamati dari DOX-CDs, dan sitotoksisitas DOX-CDs dikonfirmasi oleh uji MTS terhadap sel kanker ovarium H0-8910. Selain itu, CDs menunjukkan sinyal fluoresens yang cerah dalam uji citra hewan dan menunjukkan toksisitas rendah setelah administrasi selama 7 dan 21 hari. Oleh karena itu, CDs yang disiapkan dapat menjadi sona citra yang menjanjikan untuk citra biomedis dan pengiriman obat seluler.
Pendahuluan
Doksorubisin (DOX) adalah obat kimia terapi anthracyclin yang banyak digunakan dalam pengobatan beberapa kanker termasuk payudara, paru-paru, lambung, ovarium, tiroid, multiple myeloma, sarkoma, dan kanker anak-anak. Mekanisme aksi anticancer DOX dianggap sebagai interferensi sintesis dan proses perbaikan DNA. Oleh karena itu, DOX perlu ditransportasi melalui sel sel dan ke inti sel untuk mengganggu sintesis DNA selama pengobatan kanker. Namun, DOX bebas tidak dapat dengan mudah mendekati inti sel dan akan menginduksi kardiotoksisitas in vivo yang parah, yang menghalangi aplikasinya sebagai terapi kanker [1, 2].
Terakhir, nanokarrier multifungsi seperti liposom, misel, nanoemulsi, nanopartikel polimerik, dan nanopartikel lain telah menarik perhatian luar biasa karena signifikan mereka dalam pengiriman obat anticancer [3]. Di antara mereka, sebagai jenis baru dari keluarga titik kuantum, titik kuantum karbon (CD) telah menarik minat besar di seluruh dunia sejak ditemukan pada 2004 [4]. Khususnya, fluoresens CDs telah menjadi prioritas dalam citra sel2, fotokatalisis, pengiriman obat, deteksi polutan dan ion logam berat, dan peralatan fotoelektrik karena properti unggulnya dalam bobot dan ukuran nol-quasi (< 10 nm), stabilitas foto yang tinggi, spektrum eksitasi yang luas dan berkelanjutan, panjang gelombang yang dapat disesuaikan, kompatibilitas biologis yang memuaskan, toksisitas rendah, dan performa fluoresens yang unggul [5,6,7,8,9,10,11,12,13,14]. Misalnya, Yang et al. telah berhasil mencangkul DOX pada CDs untuk perawatan anticancer yang ditingkatkan, yang menyiratkan bahwa CDs memiliki signifikansi besar dalam pengiriman obat target inti [1].
Sebelumnya, berbagai teknik telah diusulkan untuk mempersiapkan CD termasuk berbagai bahan biomass, karbonisasi, passivasi, dan fungsionalisasi permukaan [14, 15]. Secara detail, dapat diklasifikasikan sebagai dua metode utama. Salah satunya adalah pendekatan "top-down", arc discharge, metode ablasi laser, gravuran elektrokimia, dan metode oksidasi, yang merujuk pada pemecahan struktur karbon skala besar menjadi nanopartikel karbon [16,17,18,19,20]. Metode lainnya adalah metode "bottom-up", yang memintesis titik karbon dari prekursor molekuler, terutama termasuk pendekatan hidrotermal, metode ultrasonik, dan sintesis yang didukung gelombang [21,22,23,24]. Xu et al. memperoleh titik karbon melalui arc discharge, oksidasi, ekstraksi, dan elektroforesis gel. Ming et al. memperoleh titik karbon melalui elektrolisis. Yang et al. mengoptimalkan metode hidrotermal asli untuk memintesis titik karbon dengan fluoresens yang berbeda [21]. Namun, metode ini terbatas karena proses sintesis yang rumit, prosedur yang memakan waktu, persyaratan pembuatan yang ketat, dan bahan baku yang mahal [25]. Selain itu, penggunaan pelarut organik sebagai passivator untuk reaksi dapat meningkatkan toksisitas CD [26]. Selain itu, sebagian besar CD yang dilaporkan memancarkan fluoresens biru bawah stimulasi cahaya UV yang sangat menghalangi potensi mereka dalam bidang citra biomedis disebabkan oleh interferensi autofluoresens jaringan yang kuat.
Di sini, kami memintesis CD fluoresens hijau melalui pirolisis termal satu tahap terkontrol yang hijau dan efisien dari sitrat natrium dihidrat dan urea. DOX dikonjugasi non-kovalent pada permukaan CD yang disiapkan untuk pengiriman obat melalui interaksi hidrofobik dan interaksi elektrostatis, serta interaksi tumpukan π-π [27,28,29]. Morfologi dan struktur CD diteliti oleh transmisi mikroskop elektron (TEM) dan analisis difraksi X-ray. Properti optik dievaluasi oleh spektrometer UV-vis dan spektrum emisi fotoluminesensi (PL). Rilisan obat yang berkelanjutan dilakukan oleh metode dialisis. Pengambilan sel dan distribusi seluler DOX-CDs diteliti oleh mikroskop fluoresens. Efek anticancer DOX-CDs dievaluasi oleh uji MTS standar. Citra in vivo CD dilakukan pada tikus Balb/c nude. Akhirnya, toksisitas jangka panjang CD diteliti oleh analisis histologis. Oleh karena itu, CD yang disiapkan akan menjadi agen potensial untuk citra in vivo dan pengiriman obat yang ditargetkan.
Bahan dan Metode
Bahan
Sitrat natrium dihidrat, urea, l-arginin, asetona etilenediamin, sulfat kinin, larutan penyangga fosfat (PBS), asam asetat, fosfat hidrogen natrium, dan paraformaldehyd diperoleh dari Sinopharm Chemical Reagent Co. Ltd (Shanghai, China). Kit Assay Warna Proliferasi Sel MTS (MTS), Media Dulbecco’s Modified Eagle (DMEM/glukosa tinggi), larutan penicilin-streptomisin, dan larutan tripsin-EDTA dibeli dari Beyotime Biotechnology Co. Ltd (Shanghai, China). Serum sapi janin (FBS) diperoleh dari Tianhang Biotechnology Co. Ltd (Hangzhou, China). Sel kanker ovarium HO-8910 dan sel endotel vena umbilical manusia EA.hy926 diperoleh dari Institut Gizi dan Kesehatan Shanghai, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok (Shanghai, China). Hidroklorida doksorubisin (DOX) dibeli dari Sigma-Aldrich (Shanghai, China). Kantong dialisis (MWCO = 1000 Da) dibeli dari SpectrumLabs (Los Angeles, CA, USA).
Sintesis CDs dan DOX-CDs
Secara singkat, sitrat natrium dehydrat (0,2 mmoL) dan urea (5 mmoL) pertama kali dilarutkan dalam 1 mL air DI. Kemudian, campuran dipindahkan ke wadah kaca dan dikarbonisasi pada 200 °C selama 1 jam. Setelah itu, 1 mL air DI dan asetona (v/v, 1/3) ditambahkan dan difugasi pada 10000 rpm selama 10 menit untuk tiga kali.
DOX dikonjugasi pada CDs melalui interaksi nonkovalen. Secara singkat, DOX·HCl (0,5 mg) ditambahkan ke 5 mL CDs (5 mg/mL) dan kemudian diaduk selama 48 jam dalam kegelapan. Larutan yang dihasilkan dialisis terhadap air DI dalam kantong dialisis (MWCO = 1000 Da) selama 24 jam untuk mendapatkan DOX-CDs. Akhirnya, DOX-CDs dikeringkan dengan pendingin dan disimpan pada 4 °C.
Karakterisasi CDs dan DOX-CDs
Ukuran morfologi CDs ditetapkan oleh transmisi mikroskop elektron (TEM, FEI Tecnai G2 Spirit). Pengukuran emisi PL dilakukan pada spektrofotometer fluoresens LS55 (PerkinElmer, Waltham, MA, USA). Hasil kuantum (QY) CDs ditentukan dengan menggunakan larutan sulfat kinin dalam H2SO4 sebagai referensi. Struktur kristal diamati oleh spektrofotometer inframerah transformasi Fourier Bruker Tensor27 (Pike Corporation, Madison, Wisconsin). Spektroskopi fotoelektron X-ray (XPS) dilakukan menggunakan spektrometer ESCALAB250Xi (Thermo, USA). Potensi zeta diukur dengan potensiometer zeta (Malvern Panalytical, Malvern, UK).
Studi Rilisan Obat In Vitro
Rilisan in vitro DOX dari DOX-CDs diteliti dengan menggunakan kantong dialisis. Secara singkat, DOX-CDs dimuat ke dalam kantong dialisis dan direndam dalam PBS (pH 7,4 dan 5,0), masing-masing, kemudian ditempatkan dalam inkubator goyang (37 °C, 100 rpm). Pada waktu yang ditentukan, sampel 0,5 ml ditarik dan diganti dengan volume yang sama PBS. DOX yang dilepaskan dicatat oleh intensitas fluoresens pada 590 nm.
Uji Situs Toksisitas In Vitro
Sitotoksisitas sel DOX-CDs ditentukan oleh uji MTS terhadap sel kanker ovarium HO-8910 dan sel endotel vena umbilical EA.hy926 [30, 31]. Secara singkat, sel ditanam pada papan 96-lubang dengan konsentrasi 0,5 × 105 sel/mL, dipertahankan selama 24 jam untuk memungkinkan penempelan sel. Kemudian, DOX-CDs pada berbagai konsentrasi ditambahkan ke setiap lubang. Setelah inkubasi 24 jam, media dihisap, dan 90 μL media dan 10 μL MTS ditambahkan ke setiap lubang. Setelah 4 jam, absorbansi pada 490 nm diukur menggunakan pembaca mikropapan (BioTek Epoch, Service Card). Keberadaan sel dinyatakan sebagai persentase sel yang bertahan dan dilaporkan sebagai rata-rata pengukuran triplik.
Studi Citra Sel In Vitro
Sel kanker ovarium HO-8910 diinokulasi pada papan 6-lubang dan diinkubasi pada 37 °C selama 24 jam untuk penempelan sel. Kemudian, sel diinkubasi dengan DOX-CDs untuk memungkinkan pengambilan seluler. Setelah inkubasi 4 jam, media dihilangkan, dan sel dicuci tiga kali dengan PBS dingin dan diperbaiki dengan paraformaldehyd 4% selama 10 menit. Akhirnya, morfologi dan distribusi fluoresens sel divisualkan oleh mikroskop fluoresens (Leica Microsystems, Wetzlar, Hessen, Jerman).
Citra Hewan In Vivo
Eksperimen hewan disetujui oleh Komite Perawatan Hewan Universitas Medis Xuzhou [32]. Tikus Balb/c nude digunakan untuk menilai potensi CD dalam citra fluoresens. Secara singkat, tikus Balb/c nude disuntik subkutan dengan larutan akueresa CD (50 μL, 6 mg/mL) di lokasi suntikan setelah suntik intraperitoneal 2% pentobarbital untuk anestesi. Selain itu, distribusi biodistribusi CD dalam tubuh tikus juga diteliti dengan menyuntik CD (5 mg/kg) melalui vena ekor. Berbagai organ (jantung, ginjal, limpa, hati, kandung kemih) dikumpulkan untuk penilaian fluoresens pada berbagai titik waktu. Citra fluoresens hewan diambil pada sistem citra gel Tanon-5200Multi, dan waktu paparan adalah 1,0 detik untuk semua citra fluoresens.
Studi Toksisitas In Vivo
Tikus Kunming (perempuan, 7 minggu) digunakan untuk menilai toksisitas jangka panjang in vivo CD. Tikus Kunming dibagi secara acak menjadi 2 kelompok: CD dan kelompok kontrol. Tikus disuntik dengan PBS dan CD melalui vena ekor (6 mg/kg). Kemudian, organ utama termasuk jantung, paru-paru, ginjal, hati, dan limpa dikumpulkan setelah 7 dan 21 hari suntikan. Setelah itu, organ diperbaiki dengan paraformaldehyd 4%, diiris, dan diwarna dengan hematoxylin dan eosin (H&E). Akhirnya, irisan histologis diamati di bawah mikroskop optik (Leica Microsystems, Wetzlar, Hessen, Jerman).
Hasil dan Pembahasan
Karakterisasi CDs dan DOX-CDs
CDs disiapkan melalui strategi satu tahap menggunakan sitrat natrium dehydrat dan urea (sitrat natrium dehydrat/urea = 1/25) pada 200 °C selama 1 jam. DOX dikonjugasi kovalent pada permukaan CDs yang disiapkan untuk pengiriman obat (Skema 1). Seperti yang ditunjukkan dalam citra TEM (Fig. 1a), CDs menunjukkan morfologi bola seragam dengan diameter rata-rata 2,75 nm dan distribusi ukuran yang relatif sempit. Selain itu, struktur kristal CDs dapat diamati oleh citra TEM resolusi tinggi (Fig. 1a inset), yang menunjukkan kristal yang baik dengan teras jaringan yang terlihat.
Persiapan skematis CDs (a) dan DOX-CDs (b)
Karakterisasi CDs. a Citra TEM CDs (inset, citra TEM resolusi tinggi). b Distribusi ukuran CDs. c Absorpsi UV-vis DOX, CDs, dan DOX-CDs dan citra sisipan menunjukkan CDs bawah cahaya alami dan cahaya UV. d Spektra FTIR CDs dan e Emisi PL CDs dengan panjang gelombang eksitasi dari 340 nm hingga 440 nm dengan kenaikan 20 nm. f Spektra XPS CDs
Struktur kimia CDs ditetapkan oleh spektroskopi FTIR. Seperti yang ditunjukkan dalam Fig. 1d, puncak tajam pada 3499 cm−1 dan 1729 cm−1 ditetapkan masing-masing kepada –OH dan –COOH, sementara yang pada 780 cm−1 dan 1372 cm−1 dapat diatribusikan kepada N–H. Dapat disimpulkan bahwa kedua kelompok karboksil dan amino ada pada permukaan titik karbon sebagai kelompok fungsional dan memodifikasi makromolekul biologis dengan fungsi spesifik, yang memberikan kemungkinan untuk penelitian aplikasi lebih lanjut dari titik karbon.
Selanjutnya, properti optik CDs diteliti menggunakan absorpsi UV-vis dan spektroskopi PL. Seperti yang ditunjukkan dalam Fig. 1c, CDs menunjukkan puncak absorpsi pada 410 nm, dan DOX mengungkapkan puncak absorpsi pada 500 nm. Sedangkan, DOX-CDs mempertahankan puncak absorpsi CDs dan DOX pada 410 nm dan 500 nm, masing-masing, yang menunjukkan konjugasi DOX yang berhasil pada CDs. Selain itu, seperti yang ditunjukkan dalam gambar sisipan Fig. 1c, larutan akueresa DOX-CDs menunjukkan warna kuning muda dan transparan bawah cahaya alami dan berubah menjadi hijau cerah bawah stimulasi UV. Selain itu, hasil kuantum fluoresens dihitung sebesar 93% dengan sulfat kinin digunakan sebagai referensi (QY = 54%). Saat CDs diekstimasi pada panjang gelombang dari 340 hingga 440 nm, puncak PL menunjukkan hampir tidak ada perpindahan, yang menunjukkan properti emisi yang tidak tergantung eksitasi dari CDs. Panjang gelombang eksitasi maksimum dan puncak PL dari CDs adalah 400 dan 525 nm, masing-masing. Perilaku PL yang tidak tergantung eksitasi mungkin disebabkan oleh keadaan permukaan yang seragam dari CDs [33].
Selain itu, komposisi elemen CDs ditetapkan oleh XPS. Seperti yang ditunjukkan dalam Fig. 1f, spektra XPS telah menentukan bahwa CDs terutama terdiri dari karbon (C), nitrogen (N), dan oksigen (O) dan rasio atom yang sesuai adalah 78,39%, 7,52%, dan 14,1%, berturut-turut. Tiga puncak tipikal C1S, N1S, dan O1S dapat diamati pada 284,8, 399,5, dan 532,6 eV, masing-masing. Secara spesifik, spektrum C1S menampilkan 3 puncak pada 284,8, 286,7, dan 288,3 eV, yang mewakili keberadaan ikatan C–C, C–N, C–O, atau C=O, masing-masing (Figure S1A). Spektra resolusi tinggi untuk N1S mengungkapkan puncak pada 399,5 eV, yang ditetapkan kepada C–N. Selain itu, spektrum O1s juga mengonfirmasi keberadaan ikatan C=O dan C–O pada 531,9 dan 532,6 eV, masing-masing (Figure S1B).
Intensitas fluoresens CDs mempertahankan stabilitas yang baik baik pada 4 °C maupun suhu ruangan (Figure S2A). Penurunan intensitas fluoresens pada 4 °C selama 2 minggu untuk kurang dari 10% dapat diabaikan. Oleh karena itu, diharapkan bahwa titik karbon memiliki stabilitas jangka panjang untuk digunakan sebagai agen citra biomedis.
Figure S2B menggambarkan bahwa intensitas PL CDs menurun dalam larutan akueresa dengan pH tinggi (> 10) atau rendah (< 3). Namun, intensitas PL stabil dalam larutan akueresa pH 3–10. CDs yang disiapkan yang diterapkan dalam pemberi label dan citra biologis diharapkan diinkubasi bersama-sama dengan sel, di mana kondisi pH sekitar netral (pH = 6–8), yang menjamin stabilitas PL. Secara teoretis, ini menunjukkan bahwa CDs yang disiapkan dapat memancarkan fluoresens dengan stabilitas tinggi dalam sel untuk pemberi label dan citra biologis.
Untuk menjelaskan stabilitas fluoresens CDs, uji resistensi photobleaching dilakukan. Seperti yang ditunjukkan dalam Figure S2C, dibandingkan dengan titik kuantum (CdTe) dan pewarna fluoresens tradisional (DAPI), titik karbon menunjukkan tidak hanya intensitas fluoresens yang lebih tinggi, tetapi juga resistensi photobleaching yang unggul. Selain itu, CDs juga terdispersi dengan baik dalam berbagai larutan seperti air DI, PBS, media FBS, media DMEM, dan media CM1-1, yang diharapkan memiliki stabilitas yang unggul dalam sistem darah (Figure S3).
CDs menunjukkan nilai potensi zeta sebesar − 31,1 mV (Figure S4), yang dapat diatribusikan pada keberadaan kelompok fungsional oksigen dan karboksil pada permukaan partikel ini. Potensi DOX yang bermuatan positif secara fisik dapat melekat pada permukaan CDs melalui interaksi elektrostatis dengan kelompok karboksil dan interaksi hidrofobik. DOX-CDs menunjukkan nilai potensi zeta sebesar − 9,7 mV, yang mengonfirmasi pembuatan kompleks DOX-CD. Selain itu, CD mengandung jaringan karbon sp2 yang dapat memuat struktur aromatik DOX melalui interaksi π-π yang kuat. Efisiensi kapsulasi optimum dan efisiensi pemuatan obat diteliti oleh berbagai konsentrasi DOX. Seperti yang ditunjukkan dalam Figure S5, efisiensi kapsulasi maksimum dihitung sebesar 50,82% dengan efisiensi pemuatan yang sesuai sebesar 6,82% pada 0,1 mg/mL DOX.
Rilisan DOX In Vitro dari DOX-CDs
Perilaku rilisan DOX in vitro dari DOX-CDs dilakukan dalam PBS untuk menilai rilisan DOX yang sensitif pH. Untuk mendemonstrasikan ini, DOX-CDs diinkubasi pada berbagai nilai pH (pH 7,4, 6,0, dan 5,0) dan rilisan DOX dipantau. Seperti yang ditunjukkan dalam Fig. 2, DOX-CDS menunjukkan profil rilisan yang berkelanjutan pada pH 7,4, 6,0, dan 5,0 selama periode istirahat. Hasil menunjukkan bahwa rilisan DOX bergantung pada pH. Hanya 13% DOX yang dilepaskan dalam 8 jam ketika DOX-CDs diinkubasi pada pH 7,4. Namun, ketika nilai pH diturunkan ke 6,0 atau 5,0, lebih dari 35% atau 65% DOX dilepaskan dari DOX-CDs, masing-masing, yang menunjukkan sensitivitas DOX-CDs terhadap pH rendah. Ini menunjukkan bahwa jumlah DOX yang dilepaskan meningkat pada pH yang lebih rendah, yang diatribusikan pada peningkatan protonasi kelompok –NH2 pada DOX dalam lingkungan asam. Oleh karena itu, DOX-CDs mungkin mencegah kebocoran DOX yang tidak tepat waktu selama sirkulasi darah dan meningkatkan rilisan obat seluler. Ini sangat bermanfaat untuk pengobatan kanker yang efektif.
Profil rilisan DOX in vitro DOX-CDs pada pH 5.0, 6.0, dan 7.4
Uji Situs Toksisitas In Vitro
Masalah kompatibilitas biologis sangat penting bagi CDs untuk aplikasi dalam citra biomedis dan pengiriman obat. Sitotoksisitas CDs pada berbagai konsentrasi dilakukan terhadap sel kanker ovarium HO-8910 dan sel endotel vena umbilical EA.hy926. Seperti yang digambarkan dalam Fig. 3a, baik sel HO-8910 maupun EA.hy926 mempertahankan keberadaan di atas 85% bahkan pada konsentrasi tinggi 5 mg/mL, yang menunjukkan kompatibilitas biologis yang unggul dan sitotoksisitas rendah dari CDs.
Sitotoksisitas sel in vitro. a Kompatibilitas biologis CDs terhadap sel HO-8910 dan EA.hy926. b Sitotoksisitas sel DOX-CDs dan CDs terhadap sel tumor HO-8910. Nilai dinyatakan sebagai rata-rata ± SD, (n = 3)
Saat dikonjugasi dengan DOX, DOX-CDs menunjukkan keberadaan sel yang bergantung pada konsentrasi DOX terhadap sel kanker ovarium HO-8910. Seperti yang ditunjukkan dalam Fig. 3b, keberadaan sel DOX-CDs secara signifikan lebih rendah daripada DOX bebas CDs, terutama ketika konsentrasi DOX di atas 0,05 mg/mL, yang menunjukkan efek anticancer yang unggul dari DOX-CDs.
Studi Pengambilan Sel dan Pemberi Label In Vitro
Untuk mengevaluasi kemampuan pengambilan seluler DOX-CDs, citra seluler diteliti pada sel HO-8910. Seperti yang diilustrasikan dalam Fig. 4, fluoresens hijau dan merah yang mencolok diamati dalam sel kanker yang diatribusikan pada keberadaan CDs dan DOX, masing-masing. Khususnya, sinyal fluoresens hijau yang intens terutama terlokalisasi dalam sitoplasma, yang menunjukkan distribusi seluler CDs. Sebaliknya, sinyal merah jauh lebih kuat pada inti sel dibandingkan sitoplasma, yang menunjukkan bahwa DOX mungkin terlepas dari CDs dan bergerak langsung ke inti sel disebabkan oleh affinitasnya yang tinggi dengan DNA. Ini dapat dijelaskan bahwa nilai pH rendah (5,0) dalam endosom dan lisosom dapat membantu rilisan DOX dari DOX-CDs. Oleh karena itu, DOX-CDs dapat menjadi agen yang menjanjikan untuk pemberi label sel dan pengiriman obat seluler.
Pengambilan sel in vitro DOX-CDs oleh sel HO-8910. Skala bar = 50 μm
Studi Citra Hewan In Vivo
Seekor tikus nude disuntik subkutan dengan larutan akueresa CD (50 μL, 6 mg/mL). Tikus kemudian dianestesikan dengan suntik intraperitoneal 1% pentobarbital dan dicitrakan oleh sistem citra gel Tanon-5200Multi bawah cahaya eksitasi 488 nm dan filter emisi 535 nm. Seperti yang ditunjukkan dalam Fig. 5a, fluoresens hijau yang kuat diamati di lokasi suntikan, yang menyiratkan bahwa fluoresens CD dapat secara efektif menembus kulit dan jaringan tikus. Selain itu, tikus tetap sehat setelah suntikan, yang menunjukkan bahwa CD memiliki kompatibilitas biologis yang unggul dan toksisitas rendah untuk hewan. Mempertimbangkan semua hasil, CD mampu sebagai sona luminesensi yang unggul untuk citra biologis in vitro dan in vivo.
Uji hewan in vivo. a Citra fluoresens hewan dengan CD. b Citra ex vivo tikus setelah suntik intravena CD pada berbagai periode waktu
Selanjutnya, distribusi biodistribusi dan jalur ekskresi CD dilakukan dengan menyuntik nanoprobe melalui vena ekor. Pada berbagai titik waktu (0, 0,5, 1, 3 jam), berbagai organ diseksi untuk citra fluoresens. Seperti yang ditunjukkan dalam Fig. 5b, ginjal dan kandung kemih menunjukkan sinyal fluoresens yang jauh lebih kuat dibandingkan organ lain termasuk jantung, limpa, dan hati setelah suntikan. Selain itu, sinyal fluoresens pada ginjal meningkat secara signifikan dalam 0,5 jam setelah suntikan dan secara bertahap menurun setelah 1 jam. Kemudian, sinyal fluoresens pada kandung kemih secara bertahap meningkat dari 0,5 jam hingga 1 jam, yang menunjukkan bahwa CD dikirim ke kandung kemih dari ginjal. Hasil ini menunjukkan bahwa CD dapat diekskresi dan dibersihkan oleh sistem ginjal dan kandung kemih.
Uji Toksisitas Jangka Panjang In Vivo
Selanjutnya, studi toksisitas jangka panjang in vivo juga dilakukan untuk menilai sepenuhnya potensi penggunaan CD dalam penelitian klinis. Tikus Kunming disuntik melalui vena ekor dengan PBS dan CD, dan organ utama (jantung, paru-paru, ginjal, hati, limpa) dikumpulkan setelah 7 dan 21 hari untuk analisis histologis. Selanjutnya, gambar jaringan histologis dicitrakan oleh mikroskop untuk mengevaluasi perbedaan patologis antara kelompok eksperimen dan kelompok kontrol. Seperti yang ditampilkan dalam Fig. 6, tidak ada kerusakan organ yang mencolok dan lesi inflamasi yang diamati pada organ utama hewan yang diantisipasi CD, yang menunjukkan bahwa CD yang disiapkan aman untuk penggunaan klinis dan studi in vivo. Oleh karena itu, CD hijau yang disintesis kompatibel sebagai biomarker dan sona citra biologis.
Analisis histologis organ utama setelah 7 dan 21 hari administrasi CD. Skala bar = 100 μm
Kesimpulan
Dalam rangkuman, pekerjaan ini telah menunjukkan persiapan hemat dari CD fluoresens hijau dengan QY tinggi sebesar 93% untuk citra biologis dan pengiriman obat seluler yang ditingkatkan. DOX berhasil dikonjugasi pada CD untuk membentuk DOX-CDs dengan struktur kristal yang baik, stabilitas akueresa yang luar biasa, dan properti fotoluminesensi yang unggul. DOX-CDs dapat merespons lingkungan pH seluler untuk mempromosikan rilisan seluler yang dipicu asam. Berkat sensitivitas pH, DOX-CDs menunjukkan inhibisi efektif terhadap proliferasi sel HO-8910. DOX-CDs menunjukkan kemampuan pemberi label sel yang unggul dan merespons pH endo-/lisosom untuk melepaskan DOX dalam sel. CD bertindak sebagai sona fluoresens baik in vitro maupun in vivo. Akhirnya, tidak ada efek toksik yang mencolok yang diamati dari tikus yang dirawat CD oleh analisis histologis. Namun demikian, pekerjaan ini menunjukkan bahwa CD yang disiapkan dengan metode hemat biaya mungkin memiliki potensi besar dalam citra biomedis dan pengiriman obat seluler.
Ketersediaan Data dan Bahan
Semua data yang dihasilkan atau dianalisis selama studi ini termasuk dalam artikel ini dan file informasi pendukungnya.
