Manufaktur industri
Industri Internet of Things | bahan industri | Pemeliharaan dan Perbaikan Peralatan | Pemrograman industri |
home  MfgRobots >> Manufaktur industri >  >> Industrial materials >> bahan nano

Nanopartikel Curcumin-Loaded dengan Transformasi Fase Terinduksi Ultrasound Berfokus Intensitas Rendah sebagai Nanoplatform Theranostik Bertarget Tumor dan Sensitif pH dari Kanker Ovarium

Abstrak

Kami telah mengembangkan nanoplatform sederhana dan serbaguna menggunakan ferritin nanocages peka pH yang dimuat bersama dengan obat antikanker curcumin (Cur) dan fluorocarbon perfluorohexane (PFH) cair di dalam inti dan molekul penargetan tumor terkonjugasi FA di luar cangkang yang disebut sebagai FA- FCP. FA-FCP yang disintesis memiliki diameter partikel rata-rata 47 nm, dengan sifat fisikokimia yang stabil dan menguntungkan di berbagai media, dan biokompatibilitas dan keamanan hayati yang tinggi secara in vivo dan in vitro. Di bawah kondisi ultrasound terfokus intensitas rendah (LIFU) dan pada pH =5,0, FA-FCP melepaskan sejumlah besar obat (53,2%) dalam 24 jam. Setelah 4  menit perawatan LIFU (7 W), FA-FCP memberikan kemampuan pencitraan ultrasound yang ditingkatkan kontras pada pH =5,0. Karena endositosis yang dimediasi reseptor FA, FA-FCP dapat secara efisien memasuki sel dan selanjutnya pindah ke lisosom. Delapan belas jam setelah injeksi FA-FCP, tumor dirangsang oleh LIFU, menghasilkan gambar ultrasound yang ditingkatkan kontras. Eksperimen in vivo dan in vitro menunjukkan bahwa penggunaan gabungan FA-FCP dan LIFU memiliki efek pengobatan tumor yang signifikan. Berdasarkan hasil, disimpulkan bahwa FA-FCP yang dikombinasikan dengan LIFU eksternal dan lingkungan asam endogenik dapat memiliki fungsi theranostik yang kuat dan menyediakan tipe baru opsi terapi tumor non-invasif dan terintegrasi.

Pengantar

Kanker ovarium merupakan penyakit yang sangat bermetastasis dan mematikan dengan angka kematian yang tinggi [1, 2]. Karena gejala klinis awal tidak mencolok, sel tumor telah menjadi sangat bermetastasis ketika sebagian besar pasien didiagnosis [3]. Perawatan yang umum digunakan di klinik adalah kombinasi operasi sitoreduktif dan kemoterapi, dan tingkat kelangsungan hidup 5 tahun pasien dengan penyakit lanjut sangat rendah [4]. Oleh karena itu, sangat penting untuk mengembangkan strategi baru untuk pengobatan dan diagnosis kanker ovarium untuk meningkatkan kelangsungan hidup pasien secara keseluruhan. Baru-baru ini, sebuah nanoplatform yang menggabungkan terapi bertarget dan fungsi diagnostik pencitraan telah memberikan strategi pengobatan alternatif untuk pengobatan tumor yang efektif [5,6,7].

Dalam beberapa tahun terakhir, akustik-respon nanoplatform (ARN) telah banyak digunakan dalam pengobatan tumor dan penelitian diagnostik [8, 9]. ARN biasanya dirancang sebagai model microbubbles (MBs) atau nanoparticle (NPs) [10,11,12]. Dibandingkan dengan MBs, NP memiliki ukuran partikel yang lebih kecil, permeabilitas yang lebih tinggi, siklus farmakokinetik yang lebih lama, stabilitas yang lebih baik, dan kemampuan modifikasi permukaan yang lebih mudah [13]. Berbagai jenis fluorokarbon cair fase-transformable, seperti perfluoropentane (PFP), perfluorohexane (PFH), dan perfluorooctyl bromide (PFOB), biasanya digunakan untuk mencapai akustik responsif [14,15,16,17,18,19]. Fluorokarbon cair ini dapat menghasilkan gelembung, atau bahkan semburan, melalui efek akustik droplet vaporization (ADV) di bawah stimulasi ultrasound terfokus eksternal. Proses ini memberikan ARN kemampuan kontras ultrasound yang ditingkatkan. Di antara fluorokarbon cair ini, PFP memiliki titik didih rendah (29,2 °C) dan rentan terhadap gasifikasi dalam tubuh, yang menyebabkan emboli gas; PFOB memiliki titik didih yang sangat tinggi (144 °C) dan membutuhkan ultrasonografi dengan intensitas sangat tinggi untuk memicu perubahan fase cair-uap. Oleh karena itu, PFH dianggap sebagai bahan transformasi fasa yang ideal dengan titik didih 56 °C. Namun, PFH bersifat hidrofobik, dan sebaiknya dikemas dalam nanopartikel agar larut dalam air. Saat ini, berbagai bahan, seperti liposom, PLGA, mesopori organik, polimer organik, dll telah dilaporkan untuk enkapsulasi fluorokarbon cair [20,21,22,23,24]. Pada saat yang sama, pembawa ini dapat diisi dengan obat antikanker untuk memungkinkan ARN memiliki fungsi kemoterapi dan untuk menunjukkan kemampuan pelepasan obat yang dikontrol secara akustik [16, 19]. Meskipun nanoplatform yang responsif secara akustik ini telah dilaporkan menunjukkan diagnosis tumor yang baik dan kemampuan integrasi pengobatan, biokompatibilitas nanocarrier masih menjadi perhatian untuk transformasi klinis. Dalam beberapa tahun terakhir, nanocage feritin bebas besi telah banyak digunakan sebagai pembawa obat karena mereka adalah protein endogen dan memiliki sensitivitas pH yang signifikan [25,26,27]. Mereka dapat terurai di lingkungan asam dan berkumpul kembali di lingkungan basa. Hal ini membuat feritin sangat biokompatibel dan menyediakan kapasitas pemuatan dan pelepasan obat yang terkontrol.

Dalam penelitian ini, feritin digunakan sebagai pembawa untuk memuat PFH dan kurkumin (Cur) dan memodifikasi molekul penargetan spesifik tumor FA pada permukaan protein untuk mendapatkan nanoplatform multifungsi (FA-FCP). Kurkumin adalah polifenol alami, yang diekstraksi dari kunyit dan telah dilaporkan memiliki efek antikanker yang menguntungkan; namun, kelarutannya dalam air buruk [28,29,30,31]. FA-FCP meningkatkan kelarutan air dari PFH dan Cur, memiliki stabilitas fisiologis yang tinggi dalam media yang berbeda, dan memiliki biokompatibilitas dan keamanan hayati yang baik secara in vivo dan in vitro. Di bawah kondisi LIFU dan pada pH =5,0, FA-FCP melepaskan sejumlah besar obat dalam 24 jam (53,2%). Setelah 4  menit perawatan LIFU (7 W), FA-FCP pada pH =5,0 memberikan pencitraan ultrasound yang ditingkatkan kontras. Karena endositosis yang dimediasi reseptor FA, FA-FCP dapat dengan mudah memasuki sel dan berpindah dalam lisosom. Delapan belas jam setelah injeksi FA-FCP, lokasi tumor dirangsang oleh LIFU, dan tumor menunjukkan pencitraan ultrasound yang ditingkatkan kontras. Eksperimen in vivo dan in vitro telah menunjukkan bahwa FA-FCP memiliki efek signifikan pada pengobatan tumor. Hasil ini menunjukkan bahwa keunggulan penargetan yang dimediasi ligan/reseptor non-invasif, transisi fase yang dipicu LIFU, atau bahkan peledakan, dan pelepasan obat yang tepat menjadikan FA-FCP sebagai nanoplatform theranostik tumor yang menjanjikan.

Bahan dan Metode

Materi

Feritin (FRT), asam folat (FA), dan perfluorohexane (PFH) dibeli dari Sigma (St. Louis, MO, USA). Curcumin (Cur) dibeli dari Aladdin Industrial Corporation (Shanghai, Cina). NH2 -PEG2000 -FA dan NH2 -PEG2000 -COOH dipasok oleh Xi'an Ruixi Biotechnology Co., Ltd (Cina). 1-etil-3-(3-dimetilaminopropil) karbodiimida (EDC) dan N -hidroksisuksinimida (NHS) dibeli dari Thermo Fisher Scientific (Waltham, MA, USA). Cell Counting Kit-8 (CCK-8) diperoleh dari Dojindo Laboratories (Kumamoto, Jepang). Medium Eagle (DMEM) Dulbecco yang dimodifikasi, phosphate-buffered saline (PBS), penisilin-streptomisin, tripsin-EDTA, dan serum janin sapi (FBS) dibeli dari Gibco (Grand Island, NY, USA).

Persiapan FA-FCP

Untuk menyiapkan FA-FCP, pertama, 10 mg FRT dilarutkan dalam 10 ml air. Sebanyak 10 mg Cur dilarutkan dalam 0,3 ml DMSO. Kedua jenis larutan dan 1 ml PFH dicampur dalam kondisi pH 5.0 dan ultrasonikasi penangas es selama 30 menit. Setelah itu, nilai pH campuran diatur menjadi 7,4 untuk mendapatkan Cur dan FRT bermuatan PFH (FCP). Kedua, molekul target FA terkonjugasi secara kovalen dengan FCP melalui metode karbodiimida [8]. Singkatnya, 5 mg NH2 -PEG2000 -FA ditambahkan ke dalam larutan FCP di atas dengan adanya EDC (5 mg/ml) dan NHS (20 mg/ml). Setelah reaksi 3 jam pada suhu kamar dengan sedikit pengadukan, campuran dimurnikan melalui dialisis terhadap air suling (MW cut off =12 kDa) selama 24 h, menghasilkan FA-conjugated FCP (FA-FCP). Rasio pembebanan Cur dideteksi oleh spektrofotometer UV–Vis pada 426 nm dan dihitung sebagai (Aa Ab )/Ac , di mana Aa , Ab dan Ac mewakili bobot FA-FCP, FA-FP, dan FA-FP, masing-masing.

Karakterisasi

Ukuran dan potensi zeta dari nanopartikel diuji oleh Zeta Sizer (Malvern, NanoZS, UK). Morfologi nanopartikel diamati dengan mikroskop elektronik transmisi (TEM, Hitachi, Jepang) dan mikroskop gaya atom (AFM, Agilent Technologies 5500LS, Chandler, Arizona). Serapan seluler nanopartikel dideteksi dengan mikroskop pemindaian laser confocal (LEXT OLS4100, Olympus, Jepang) dan flow cytometry (BD, Franklin Lakes, NJ). Spektrum serapan diperoleh dengan spektrofotometer UV–Vis (UV1800, Shimadzu, Jepang).

Kultur Sel dan Model Hewan

Garis sel kanker ovarium manusia SK-OV-3 disediakan oleh Shanghai Institute of Cell Biology, Chinese Academy of Sciences. Sel dikultur dalam media DMEM yang mengandung 10% serum janin sapi dan 1% larutan penisilin-streptomisin dalam 5% CO2 pada 37 °C.

Tikus telanjang Balb/c (betina, sekitar 5 minggu) disediakan oleh Vital River Laboratory Animal Technology Co., Ltd. (Beijing, China). Untuk model tumor SK-OV-3, 1 × 10 6 sel disuntikkan ke daerah punggung kanan tikus secara subkutan. Semua prosedur eksperimental dilakukan sesuai dengan pedoman untuk Perawatan dan Penggunaan Hewan Laboratorium di Akademi Ilmu Kedokteran Sichuan dan telah disetujui oleh Komite Etik Akademi Ilmu Kedokteran Sichuan.

pH/LIFU Dipicu Rilis Saat Ini

Larutan berair FA-FCP dibagi menjadi empat bagian dan dimasukkan ke dalam kantong dialisis (MW 5000). Mereka kemudian didialisis ke dalam 10 ml larutan PBS yang memiliki pH masing-masing 5,0 dan 7,4. Setelah 3 h, larutan berair diperlakukan dengan atau tanpa LIFU (7 W, 5 min) (siklus kerja 50%, mode gelombang pulsa dan prosedur berikut tetap konsisten). Pada titik waktu tertentu, 1 ml dialisat dihilangkan dan ditambahkan larutan blanko dengan volume yang sama dan pH yang sama. Dialisat diambil dan diukur dengan spektrometer UV-Vis, dan konsentrasi Cur dihitung.

Properti ADV dan Fungsi Pencitraan AS FA-FCP

FA-FCP pada kondisi pH =5,0 dan 7,4 diiradiasi dengan kekuatan LIFU yang berbeda (5, 6, 7 W) dan untuk total waktu yang berbeda (3, 4, dan 5 min) pada model gel agarosa, kemudian citra US diamati oleh peralatan AS (Esaote Mylab 90, Italia) dengan frekuensi 5–12 MHz dan indeks mekanis (MI) 0,06. Intensitas wilayah AS yang menarik dalam gambar AS dianalisis oleh perangkat lunak ImageJ.

Kemampuan Penargetan FA-FCP

Untuk menunjukkan kemampuan penargetan FA-FCP in vitro, FITC digunakan untuk memberi label pada nanopartikel. Secara singkat, 1 mg FITC dilarutkan dalam 1 ml DMSO dan kemudian dicampur dengan FCP dan FA-FCP selama 30 min dengan pengadukan lembut. Kemudian, larutan campuran didialisis semalaman dalam air deionisasi untuk menghilangkan FITC dan DMSO bebas untuk mendapatkan nanopartikel berlabel FITC. Sel-sel dikultur selama 24 jam, dan kemudian nanopartikel berlabel FITC ditambahkan ke dalam pelat kultur selama inkubasi 3 jam. Setelah itu, sel-sel dicuci dengan PBS selama tiga kali dan kemudian diwarnai dengan DAPI selama 5 menit, lisotracker merah selama 10 menit, difiksasi dengan paraformaldehida 4% selama 15 menit. Akhirnya, sel-sel diamati dengan mikroskop pemindaian laser confocal. Sinyal fluoresensi statistik di dalam sel diukur dan dianalisis dengan flow cytometry.

Sirkulasi Darah dan Akumulasi Tumor FA-FCP

Free Cur dan FA-FCP (dengan konsentrasi Cur yang sama) disuntikkan secara intravena ke mencit normal. Dan kemudian, darah tikus dalam berbagai kelompok dikumpulkan pada titik waktu yang berbeda dari pleksus orbital dan dilarutkan dalam buffer lisis. Konsentrasi Cur dalam darah dalam kelompok perlakuan ini ditentukan oleh spektrum serapan Cur dari setiap sampel darah terlarut menggunakan spektrometer UV-Vis dan didefinisikan sebagai persentase dosis yang disuntikkan per gram jaringan (ID%/g).

Kandungan FA-FCP dalam tumor dilakukan pada tikus yang mengandung tumor. Setelah injeksi FA-FCP intravena 0, 1, 6, 12, 18, dan 24 jam, jaringan tumor dikumpulkan, ditimbang, dan dicerna dengan larutan aqua regia selama 24 jam. Konsentrasi Cur dalam darah dalam kelompok perlakuan ini ditentukan oleh spektrum serapan Cur dari setiap jaringan tumor terlarut dengan spektrometer UV-Vis dan didefinisikan sebagai persentase dosis yang disuntikkan per gram jaringan (ID%/g).

Kemanjuran Antikanker In Vitro dan In Vivo

Untuk kemanjuran antikanker in vitro, sel diperlakukan PBS, Cur, FA-FCP, FCP + LIFU dan FA-FCP + LIFU (pada dosis Cur yang sama 5 mg/kg) selama 3  jam, dan kemudian diiradiasi dengan LIFU ( 5 min, 7 W). Sel-sel yang dirawat diinkubasi selama 21 jam. Setelah itu, viabilitas sel yang dirawat dideteksi dengan uji CCK-8.

Untuk kemanjuran antikanker in vivo, tikus pembawa tumor secara acak dibagi menjadi lima kelompok (n =6) dan kemudian disuntik secara intravena dengan saline (kontrol), Cur bebas, FA-FCP, FCP + LIFU, dan FA-FCP + LIFU. Selama 24 hari pengobatan, volume tumor dan berat badan tikus dipantau setiap 3 hari. Ukuran tumor dideteksi oleh jangka sorong. Volume tumor =panjang×lebar 2 /2. Perubahan pertumbuhan tumor ditunjukkan oleh volume tumor relatif yang dihitung sebagai V/V0 , di mana V0 mewakili volume tumor awal.

Evaluasi Keamanan Hayati

Sel SK-OV-3 diunggulkan dalam pelat 96-sumur dengan kepadatan 1 × 10 4 sel/sumur dan dibiarkan menempel selama 24 h. Berbagai konsentrasi (0, 20, 40, 100, 200, dan 500 μg/ml) FA-FRT-PFH dikultur dengan sel SK-OV-3. Setelah perawatan 24 jam, sel-sel dirawat dengan media DMEM yang mengandung 10% CCK-8 selama 20  menit dalam inkubator. Absorbansi sel pada panjang gelombang 450 nm dideteksi oleh Multimode Plate Reader (Thermo Scientific) untuk mengkarakterisasi viabilitas sel. Selanjutnya, organ utama termasuk jantung, hati, limpa, paru-paru, dan ginjal mencit sehat pada 25 hari pasca injeksi FA-FCP dikumpulkan dan dianalisis dengan pewarnaan hematoxylin dan eosin. Gambar pewarnaan HE diamati menggunakan mikroskop optik.

Analisis Statistik

Semua data disajikan sebagai mean ± standar deviasi. Data statistik diolah dengan software SPSS 22.0. t . Siswa uji dilakukan untuk menentukan signifikansi statistik antara kedua kelompok. P <0,05 menunjukkan perbedaan yang signifikan.

Hasil dan Diskusi

Persiapan dan Karakterisasi FA-FCP

Skema 1 mengilustrasikan sintesis FA-FCP dan penerapannya dalam pencitraan tumor ultrasound (US) dan kemoterapi kombinasi AS in vitro dan in vivo. Agen teranostik multifungsi FA-FCP disiapkan melalui metode perakitan mandiri yang sederhana dan biokompatibel. Gambar TEM dan AFM FA-FCP menunjukkan struktur bola (Gbr. 1a, inset dan File tambahan 1:Gambar S1). Analisis DLS menunjukkan bahwa FA-FCP memiliki diameter rata-rata sekitar 47 nm dan 37 mV dalam potensi zeta rata-rata dalam air (Gbr. 1a dan b). Setelah 4 minggu dalam air, phosphate-buffered saline (PBS), saline, dan FBS, FA-FCP menunjukkan stabilitas dalam ukuran (Gbr. 1c), menunjukkan bahwa FA-FCP yang disiapkan memiliki stabilitas fisiologis yang baik, kemungkinan karena lapisan PEG dan sifat FRT [32]. Spektrum UV-vis-NIR FA-FCP menunjukkan puncak serapan Cur, menunjukkan keberadaan Cur dalam FA-FCP. Rasio pemuatan saat ini adalah 125,8 ± 2,1%.

Representasi skema dari metode perakitan, proses sintesis dan aplikasi teranostik dari FA-FCP.

Karakterisasi FA-FCP. a Distribusi ukuran FA-FCP. Inset adalah gambar TEM FA-FCP. b Potensi zeta FA-FCP. c Perubahan ukuran FA-FCP dalam air, phosphate-buffer saline (PBS), saline dan serum janin sapi (FBS) dalam 28 hari. d Kurva penyerapan UV–Vis-NIR dari Cur bebas (50 μg/ml) dan FA-FCP (40 μg/ml).

Gambar 2 menunjukkan profil Cur-release dari FA-FCP di bawah kondisi pH yang berbeda dengan atau tanpa LIFU. Tanpa iradiasi LIFU, Cur yang dilepaskan pada pH =5,0 adalah sekitar 30% selama 24 h, yang secara signifikan lebih tinggi daripada pada pH =7,4 (5,3%). Namun, di bawah LIFU (7 W, 4 min), Cur yang dilepaskan pada kondisi pH =5,0 dan pH =7,4 menunjukkan peningkatan yang tajam. Namun, dibandingkan dengan Cur yang dilepaskan pada pH =7,4, Cur yang dilepaskan pada pH =5,0 (50%) jelas lebih tinggi selama 24 jam. Fitur ini membuat FA-FCP sangat berguna dalam lingkungan mikro tumor. Pelepasan obat yang sangat baik dikaitkan dengan (1) FRT dalam kondisi asam dapat membongkar dan membuka nanocage untuk melepaskan Cur yang dimuat; (2) LIFU menginduksi transisi fase sesaat yang memungkinkan Cur keluar dari cangkang berpori yang diperluas dengan mantap.

Pelepasan kumulatif obat FA-FCP di PBS (pH =5.0/7.4) pada 37 °C dengan atau tanpa LIFU setelah 3 h. **p <0,01, dibandingkan dengan grup lain

Efek ADV In Vitro FA-FCP

FA-FCP diekspos ke LIFU dengan kekuatan 5, 6, dan 7 W, masing-masing, dan durasi 3-5 min pada pH =7,4 atau 5,0 untuk mengevaluasi kondisi terbaik kekuatan dan durasi LIFU dan nilai pH . Intensitas AS mewakili efek ADV. Menurut gambar AS (Gbr. 3a dan b) dan nilai skala abu-abu rata-rata dalam gambar AS (Gbr. 3c dan d), efek ADV menunjukkan tren yang bergantung pada waktu/daya pada pH =7,4, yang memuncak pada parameter 7 W selama 5 menit. Namun, pada pH =5.0, efek ADV memuncak pada parameter 7 W selama 4 menit. Ketika parameter lebih rendah dari 5 W selama 3 mnt, gelembung yang dipicu tidak mencukupi untuk mengoptimalkan gambar AS; namun, setelah parameter melebihi 7 W selama 4 mnt, sebagian besar gelembung yang dihasilkan runtuh dan berangsur-angsur menghilang. Hasil di atas menunjukkan bahwa stimulasi tertentu sangat penting untuk membangkitkan efek ADV dari FA-FCP, yang merupakan daya 7-W dan durasi 4 menit pada pH =5,0.

a dan b Gambar AS dari FA-FCP yang dicampur dengan gel agarosa pada durasi dan kekuatan LIFU yang berbeda pada pH 5.0/7.4. c dan d Data statistik yang sesuai dari sinyal AS pada Gambar. 3a dan b

Kemampuan Penargetan FA-FCP

Pewarna molekul kecil klasik, FITC, digunakan untuk memberi label pada nanopartikel. Seperti yang ditunjukkan pada File tambahan 1:Gambar S2, intensitas fluoresensi FCP berlabel FITC dan FA-FCP pada konsentrasi yang sama tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan, menunjukkan bahwa perbedaan jumlah FITC berlabel pada FCP dan FA-FCP tidak dapat mempengaruhi sel percobaan serapan. Gambar fluoresensi dan analisis FCM menunjukkan bahwa beberapa FCP dapat memasuki sel dengan rasio penyerapan 19,5% (Gbr. 4a dan b), mungkin karena permukaan sel memiliki beberapa reseptor feritin yang mendorong internalisasi FCP. Setelah konjugasi dengan FA, FA-FCP menunjukkan sinyal fluoresensi tinggi dalam sel dengan rasio penyerapan 44,3%, dan rasio penyerapan runtuh (13,8%) ketika sel-sel diberi perlakuan awal dengan FA bebas (Gbr. 4a dan b). Hasil di atas menunjukkan bahwa konjugasi FA sebagian besar meningkatkan rasio penyerapan FA-FCP melalui efek endositosis yang dimediasi reseptor FA.

a Gambar fluoresensi confocal sel diperlakukan dengan FITC gratis dan FITC berlabel FCP, FA-FCP + FA dan FA-FCP. Warna hijau dan biru masing-masing mewakili fluoresensi FITC dan DAPI. Bilah skala =60 um. b Data statistik sinyal fluoresensi FITC di dalam sel yang dirawat dengan FITC gratis dan FCP berlabel FITC, FA-FCP + FA, dan FA-FCP oleh FCM. **p <0,01, dibandingkan dengan kelompok lain. c Gambar fluoresensi confocal dari sel yang dirawat dengan FA-FCP berlabel FITC dan lyso-tracker red. Warna hijau, biru dan kuning masing-masing mewakili FITC, DAPI, dan fluoresensi gabungan hijau/biru. Bilah skala =60 um

Selanjutnya, lokalisasi organel FA-FCP diselidiki menggunakan pewarna pewarna khusus lisosom (Lyso-Tracker Red). Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4c, sel yang diberi perlakuan FA-FCP- dan Lyso-Tracker Red menunjukkan fluoresensi hijau dan merah yang kuat di sitoplasma, masing-masing. Setelah penggabungan hijau dan merah, fluoresensi kuning intens terlihat di sitoplasma, menunjukkan bahwa FA-FCP dapat pindah ke lisosom (pH 5.0), yang bermanfaat untuk memicu pelepasan obat dalam sel.

Sirkulasi Darah dan Akumulasi Tumor FA-FCP

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5a, waktu paruh FA-FCP adalah sekitar 7,31 h (meningkat 8 kali lipat), dibandingkan dengan Cur bebas, kemungkinan karena pelapisan PEG dan enkapsulasi FRT. Waktu paruh FA-FCP yang berkepanjangan dalam aliran darah ini bermanfaat untuk meningkatkan retensi obat dalam sirkulasi sistemik, memfasilitasi akumulasi obat di lokasi tumor [32, 33]. Selanjutnya, akumulasi dinamis dari Cur bebas dan FA-FCP dalam tumor dari 0 h hingga 24 h setelah injeksi nanopartikel ditunjukkan pada Gambar. 5b. Seperti dapat dilihat, FA-FCP menunjukkan akumulasi tertinggi 18 h dan Cur bebas menunjukkan akumulasi tertinggi sekitar 1h setelah injeksi. Hasil ini menunjukkan bahwa dibandingkan dengan Cur bebas, FA-FCP memiliki kinerja akumulasi yang jauh lebih tinggi dalam jaringan tumor, mungkin karena peningkatan permeabilitas dan retensi (EPR) dan efek penargetan aktif yang dimediasi reseptor FA [34, 35].

a Sirkulasi darah Cur bebas dan FA-FCP setelah disuntikkan ke mencit. b Kandungan Cur bebas dan FA-FCP dalam jaringan tumor setelah disuntikkan ke tikus pembawa tumor. **p <0,01, dibandingkan dengan grup lain

In Vivo US Imaging

Tumor tikus telanjang yang dirawat dalam empat kelompok (kontrol kosong + LIFU, FCP + LIFU, FA-FCP + LIFU, FA-FCP tanpa LIFU) diamati dengan atau tanpa terpapar LIFU (7 W, 4 min) untuk dieksplorasi lebih lanjut potensi ADV FA-FCP in vivo. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 6a, tidak ada sinyal US yang jelas diamati di dalam tumor di bawah iradiasi LIFU pada kelompok kontrol. Pada 18 jam setelah injeksi, sinyal AS yang secara signifikan lebih kuat terlihat di dalam tumor pada kelompok FA-FCP + LIFU dibandingkan dengan kelompok dengan FCP + LIFU, dan FA-FCP tanpa LIFU (Gbr. 6a dan b). Hasilnya menunjukkan bahwa FA-FCP + LIFU dapat meningkatkan kontras pencitraan tumor di AS.

a Gambar tumor dalam kontrol AS + LIFU, FCP + LIFU, FA-FCP + LIFU, dan FA-FCP tanpa kelompok LIFU, masing-masing. b Nilai rata-rata skala abu-abu kuantitatif dari gambar AS dari situs tumor dalam kelompok yang berbeda. **p <0,01, dibandingkan dengan grup lain

Terapi Antikanker In Vitro dan In Vivo

Sitotoksisitas in vitro FA-FCP diselidiki dengan uji CCK-8. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 7a, viabilitas sel dari semua kelompok menunjukkan pola yang bergantung pada konsentrasi Cur. Tanpa LIFU, dibandingkan dengan Cur bebas, FA-FCP menunjukkan penghambatan yang lebih tinggi dalam viabilitas sel di semua konsentrasi, mungkin karena efek penargetan FA. Namun, penghambatan viabilitas sel FA-FCP + LIFU secara signifikan lebih tinggi daripada FP + LIFU, FCP + LIFU dan FA-FCP tanpa LIFU, menunjukkan bahwa FA-FCP dikombinasikan dengan iradiasi LIFU menawarkan efisiensi anti-tumor yang lebih baik. Hasil ini terutama karena adanya LIFU dan lingkungan asam lisosom, yang keduanya dapat menginduksi pelepasan obat dan efek kavitasi, dan efek target sel tumor yang dimediasi FA [36,37,38].

a Viabilitas sel sel SK-OV-3 diinkubasi dengan konsentrasi Cur, FP + LIFU, FA-FCP, FCP + LIFU, dan FA-FCP + LIFU yang berbeda. b Volume tumor relatif dari kelompok tikus telanjang yang mengandung tumor dalam kontrol, Cur, FP + LIFU, FA-FCP, FCP + LIFU, dan FA-FCP + LIFU, masing-masing. **p <0,01, dibandingkan dengan kelompok lain. c Berat tumor pasca perawatan tikus telanjang yang mengandung tumor dalam kelompok kontrol, Cur, FP + LIFU, FA-FCP, FCP + LIFU, dan FA-FCP + LIFU, masing-masing. **p <0,01, dibandingkan dengan kelompok lain. d Berat badan tikus telanjang pembawa tumor dalam kelompok kontrol, Cur, FP + LIFU, FA-FCP, FCP + LIFU, dan FA-FCP + LIFU.

Efek antikanker in vivo dari FA-FCP diselidiki lebih lanjut dengan tikus telanjang yang mengandung tumor. Menurut hasil akumulasi tumor FA-FCP, LIFU dilakukan 18 h setelah injeksi sampel intravena setiap 2hari sebanyak tiga kali sejak hari pertama. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 7b dan c, volume tumor relatif pada kelompok FA-FCP + LIFU menurun secara signifikan, dibandingkan dengan kelompok kontrol, Cur, FA-FCP, FP + LIFU dan FCP + LIFU setelah 24 hari pengobatan. Berat tumor pada kelompok FA-FCP dan FCP + LIFU secara signifikan lebih kecil dibandingkan dengan kelompok kontrol dan Cur, sementara itu bahkan lebih dihambat pada kelompok FA-FCP + LIFU. Selama perawatan, tidak ada penurunan berat badan yang signifikan pada kelompok ini (Gbr. 7d). Efek anti-tumor yang brilian dari FA-FCP yang dikombinasikan dengan LIFU terutama disebabkan oleh agregasi penargetan FA-FCP pada tumor dan kemampuan pelepasan obat yang responsif terhadap akustik/pH [39,40,41]. Selain itu, kemanjuran terapi anti-tumor yang ditingkatkan dari FA-FCP + LIFU mungkin dijelaskan oleh pembersihan yang tertunda dari nanopartikel di lokasi tumor karena waktu paruh FA-FCP yang berkepanjangan dalam aliran darah [42].

Biokompatibilitas In Vitro dan In Vivo

Biokompatibilitas FA-FCP in vitro dan in vivo dievaluasi dengan uji CCK-8 dan analisis pewarnaan H&E. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 8a dan b, viabilitas sel dari FA-FP pembawa obat dan kekuatan LIFU dari 0 hingga 8 W semuanya> 90%, menunjukkan tidak ada sitotoksisitas FA-FP yang signifikan dan kekuatan LIFU yang digunakan dalam pekerjaan ini secara in vitro. Gambar 8c menunjukkan gambar pewarnaan H&E dari organ utama tikus yang diobati dengan FA-FCP + LIFU, tidak menunjukkan perubahan histologis dibandingkan dengan kelompok kontrol. Hasil ini menunjukkan biokompatibilitas tinggi FA-FCP in vitro dan in vivo.

a Viabilitas sel sel SK-OV-3 setelah diinkubasi dengan FA-FP selama 24 h. b Viabilitas sel sel SK-OV-3 setelah perawatan dengan kekuatan LIFU yang berbeda. c Pewarnaan H&E organ utama kelompok kontrol dan kelompok FA-FCP pada 24 hari setelah disuntikkan nanopartikel secara intravena (×200)

Kesimpulan

Singkatnya, kami menyiapkan FA-FCP multifungsi yang dimuat dengan obat antikanker Cur dan molekul penargetan tumor FA, menggunakan nanocage feritin, yang menghasilkan kemampuan pencitraan AS yang ditingkatkan kontras dan penargetan yang tepat dalam prosedur kemoterapi. FA-FCP yang baru disintesis menunjukkan biokompatibilitas in vitro dan in vivo yang tinggi. Selain itu, FA-FCP menunjukkan kemampuan penargetan tumor yang luar biasa, pelepasan Cur akustik / pH yang dipicu, dan transisi fase responsif akustik oleh LIFU untuk pencitraan ultrasound. Mengingat sifat unik FA-FCP ini, ini dapat diterapkan sebagai faktor penghambat tumor yang signifikan tanpa toksisitas sistemik. Diharapkan bahwa nanoplatform theranostic baru dan biokompatibel seperti itu akan mengintegrasikan pencitraan ultrasound dengan kemanjuran terapeutik yang ditingkatkan untuk memberikan paradigma yang menjanjikan untuk pengobatan kanker.

Ketersediaan Data dan Materi

Kesimpulan yang dibuat dalam naskah ini didasarkan pada data (teks utama dan gambar) yang disajikan dan ditampilkan dalam makalah ini

Singkatan

AS:

USG

FA:

Asam folat

FRT:

Feritin

PFH:

Perfluoroheksana

LIFU:

Ultrasonografi terfokus berintensitas rendah

ADV:

Penguapan tetesan akustik

FITC:

Fluorescein isothiocyanate

CCK-8:

Perangkat Penghitung Sel-8

FBS:

Serum janin sapi

EDC:

1-etil-3-(3-dimetilaminopropil) karbodiimida

NHS:

T -hidroksisuksinimida

Sur:

Kurkumin


bahan nano

  1. Menjelajahi transformasi digital dengan Fiix dan IDC
  2. Peragaan Biosensor Berbasis Grafena yang Fleksibel untuk Deteksi Sel Kanker Ovarium yang Sensitif dan Cepat
  3. Nanopartikel untuk Terapi Kanker:Kemajuan dan Tantangan Saat Ini
  4. Persiapan nanopartikel mPEG-ICA bermuatan ICA dan aplikasinya dalam pengobatan kerusakan sel H9c2 yang diinduksi LPS
  5. Sintesis Mudah Komposit CuSCN Berwarna dan Konduktor Dilapisi Nanopartikel CuS
  6. Sifat Sintesis dan Luminescence dari Larut Air α-NaGdF4/β-NaYF4:Yb,Er Core–Shell Nanoparticles
  7. Mekanisme Konduksi dan Peningkatan Daya Tahan pada RRAM Berbasis HfO2 dengan Perawatan Nitridasi
  8. Promosi Pertumbuhan Sel SH-SY5Y oleh Nanopartikel Emas Dimodifikasi dengan 6-Mercaptopurine dan Neuron-Penetrating Peptide
  9. Toksisitas Nanopartikel CoFe2O4 Berlapis PEG dengan Efek Perlakuan Kurkumin
  10. Agen Theranostik Generasi Selanjutnya Berdasarkan Mikrokapsul Polielektrolit yang Dikodekan dengan Nanocrystals Semikonduktor:Pengembangan dan Karakterisasi Fungsional