Karakteristik fisikokimia yang unik dari nanopartikel baru-baru ini mendapatkan perhatian yang meningkat dalam beragam aplikasi, khususnya di bidang biomedis. Namun, kekhawatiran tentang potensi efek toksikologi nanopartikel tetap ada, karena mereka memiliki kecenderungan lebih tinggi untuk menghasilkan jumlah spesies oksigen reaktif (ROS) yang berlebihan. Karena potensi oksidasi yang kuat, kelebihan ROS yang diinduksi oleh nanopartikel dapat mengakibatkan kerusakan biomolekul dan struktur organel dan menyebabkan karbonilasi oksidatif protein, peroksidasi lipid, kerusakan DNA/RNA, dan penghancuran struktur membran, yang selanjutnya menyebabkan nekrosis, apoptosis, atau bahkan mutagenesis. Ulasan ini bertujuan untuk memberikan ringkasan mekanisme dan bertanggung jawab untuk generasi ROS oleh nanopartikel di tingkat sel dan memberikan wawasan tentang mekanisme biotoksisitas yang dimediasi ROS. Kami merangkum literatur tentang toksisitas nanopartikel dan menyarankan strategi untuk mengoptimalkan nanopartikel untuk aplikasi biomedis.
Nanopartikel (NP) adalah kelas partikel sintetis baru dengan dimensi <100 nm. Tergantung pada bentuk dan ukurannya, karakteristik fisik dan kimia yang berbeda memberikan NP fungsi yang berbeda. NP banyak digunakan di banyak produk konsumen, termasuk tekstil, kosmetik, pemurnian air, dan kemasan makanan [1, 2]. Mereka juga digunakan dalam rekayasa fotokatalis, energi, dan optoelektronik [3,4,5,6].
Secara khusus, NP telah menjadi bahan yang disukai dalam bahan biomedis dan banyak digunakan dalam biosensor, pengiriman siRNA, knockdown gen yang ditargetkan, pengiriman obat, dan dalam bahan medis bio-filling [7,8,9,10,11]. Penggunaan lebih lanjut dari NP masih ditemukan. Misalnya, Duan et al. [12] menunjukkan bahwa Fe3 O4 -polyethylene glycol-polyamide-amine-matrix metalloproteinase2@ chlorin e6 (Fe3 O4 -PEG-G5-MMP2@Ce6) nanoprobe secara signifikan menghambat pertumbuhan tumor lambung. Dalam kasus lain, nanopartikel pDNA-polyethylenimine CeO (pDNA-PEI-CeO NPs) dapat menginduksi lebih banyak apoptosis sel fibrosarcoma [13]. Selanjutnya, berongga silika-Fe-polietilen glikol-manusia epidermal growth factor reseptor 2 nanopartikel (HS-Fe-PEG-HER2 NPs) selektif dapat mengikat sel tumor dan digunakan sebagai agen pencitraan untuk membedakan jaringan normal dari sel kanker [14]. Akhirnya, nanopartikel perak (Ag NPs) berfungsi sebagai nano-antibiotik, yang secara efisien memerangi infeksi terkait biofilm bakteri yang resisten [15].
Meskipun potensi aplikasi positif NP di berbagai bidang, semakin banyak penelitian telah menunjukkan efek buruknya pada organisme [16, 17] dan sel setelah paparan NP [18, 19]. Potensi toksik NP tergantung pada ukuran dan bentuknya, yang menentukan kecenderungannya untuk menginduksi generasi spesies oksigen reaktif (ROS) [20, 21]. Kelebihan generasi ROS dapat menyebabkan serangkaian hasil fisiopatologis, termasuk genotoksisitas, apoptosis, nekrosis, peradangan, fibrosis, metaplasia, hipertrofi, dan karsinogenesis [18, 22, 23]. Toksisitas NP juga telah terbukti meningkatkan ekspresi sitokin pro-inflamasi dan mengaktifkan sel-sel inflamasi, seperti makrofag, yang selanjutnya meningkatkan generasi ROS [23, 24]. Peningkatan generasi ROS setelah paparan NP juga telah terbukti menginduksi modulasi fungsi seluler, dengan hasil yang fatal dalam beberapa kasus [17, 23, 25]. Dalam ulasan ini, kami membahas mekanisme utama yang mendasari semburan ROS yang diinduksi oleh NP, menganalisis alasan utama sitotoksisitas NP, dan merangkum potensi efek patogenik NP. Ulasan kami saat ini memberikan banyak bukti bahwa produksi ROS yang berlebihan adalah penyebab utama biotoksisitas NP. Oleh karena itu, penelitian baru harus bertujuan untuk mengurangi sitotoksisitas NP dengan merancang NP yang menginduksi produksi ROS yang rendah.
NP telah digunakan dalam berbagai aplikasi medis, dan beberapa NP baru menunjukkan sifat yang menjanjikan untuk digunakan dalam bahan biomedis baru. Seperti yang dirangkum dalam Tabel 1, Nano-C60 dapat digunakan sebagai agen antikanker, yang menghambat proliferasi sel kanker, baik secara in vivo maupun in vitro [26]. ZnO NP telah digunakan sebagai pengisi dalam implan ortopedi dan gigi [38]. TiO2 dapat digunakan sebagai agen antibakteri, dalam pemurnian udara dan air, dan untuk protesa gigi [52,53,54]. Davaeifar dkk. melaporkan bahwa nanorod phycocyanin-ZnO dapat melindungi sel dengan menurunkan generasi ROS endogen [68]. Pacurari dkk. menunjukkan bahwa SWCNTs dapat diterapkan sebagai agen diagnostik klinis dan sebagai bahan bioteknologi [88]. Selain itu, banyak NP dapat digunakan sebagai agen antimikroba, yang membunuh bakteri dengan menginduksi ledakan ROS (Tabel 1).
ROS adalah partikel kimia reaktif yang mengandung oksigen, termasuk hidrogen peroksida (H2 O2 ), radikal anion superoksida reaktif (O 2- ), dan radikal hidroksil (•OH) [92, 93]. ROS sebagian besar dihasilkan di organel seperti retikulum endoplasma (ER), di peroksisom, dan terutama di mitokondria [94]. Selama fosforilasi oksidatif, oksigen digunakan untuk sintesis air dengan penambahan elektron melalui rantai transpor elektron mitokondria (ETC). Beberapa elektron ini diterima oleh molekul oksigen untuk membentuk O 2- , yang selanjutnya dapat mengubah H2 O2 dan •OH [93].
Dalam konteks fisiologis, ROS diproduksi sebagai respons alami terhadap metabolisme normal oksigen [95] dan berperan penting dalam berbagai jalur pensinyalan seluler [96, 97]. Dröge dan Holmstrom dkk. melaporkan bahwa ROS dapat mengaktifkan banyak kaskade pensinyalan, termasuk reseptor faktor pertumbuhan epidermal (EGF), kaskade protein kinase yang diaktifkan mitogen (MAPK), protein penggerak faktor transkripsi-1 (AP-1), dan faktor nuklir-KB ( NF-κB), dan selanjutnya berpartisipasi dalam proses pertumbuhan, proliferasi, dan diferensiasi mamalia [98, 99]. Studi lebih lanjut menunjukkan bahwa ROS juga mengatur perbaikan luka [100], kelangsungan hidup setelah hipoksia [101], homeostasis pH intraseluler [102], dan imunitas bawaan [103].
Namun demikian, setelah terpapar NP, generasi ROS intraseluler dapat meningkat tajam dengan menginduksi ledakan ROS dalam sel [20] (Tabel 1). Penjelasan mekanistik utama untuk ledakan ROS adalah bahwa ion logam yang dilepaskan oleh NP mendorong ekspresi berlebih ROS dengan mengganggu respirasi mitokondria [30, 104].
Ion logam yang dilepaskan oleh NP telah terbukti bercampur menjadi siklus redoks dan kemokatalisis melalui reaksi Fenton [H2 O2 + Biaya 2+ → Biaya 3+ + HO − + •OH] atau reaksi mirip Fenton [Ag + H2 O2 +H + =Ag + + •OH + H2 O] [23, 105, 106]. Ion logam terdisosiasi (yaitu, Ag + ) juga menyebabkan penonaktifan enzim seluler, gangguan struktur membran [31, 107], gangguan proses perpindahan elektron [108], penurunan level potensial redoks, penurunan potensial membran mitokondria (MMP) [109], dan selanjutnya meningkatkan akumulasi ROS intraseluler. NP juga telah dilaporkan meningkatkan akumulasi ROS intraseluler dengan mengganggu proses transfer elektron [32, 110], meningkatkan NADP + /NADPH rasio [30], dan mengganggu fungsi mitokondria [18]. NP lebih lanjut mengganggu ekspresi gen yang berhubungan dengan stres oksidatif, seperti soxS , soxR , oxyR , dan ahpC [58]; gen antioksidan, seperti sod1 dan gpx 1 [111, 112]; dan gen terkait produksi NADPH met9 [30]. Ketidakstabilan ekspresi gen oksidatif dan antioksidan yang disebabkan oleh NP mempercepat akumulasi ROS intraseluler.
Menariknya, peningkatan produksi ROS telah sangat terkait dengan ukuran dan bentuk tertentu dari NP [113, 114]. Misalnya, TiO2 NP berkontribusi pada pembentukan ROS intraseluler, yang menyebabkan kerusakan asam nukleat dan protein [10]. Liao dkk. menemukan bahwa 10 nm TiO2 NP memiliki genotoksisitas yang lebih tinggi daripada ukuran lain yang diuji dan oleh karena itu dapat menginduksi lebih banyak generasi ROS [115]. Dalam kasus lain, NP Se mempromosikan produksi ROS dalam sel, dan hasil ROS intraseluler sangat terkait dengan diameter NP Se. Dalam hal ini, diameter 81 nm menginduksi lebih banyak produksi ROS daripada ukuran lain yang diuji [113]. Cho dkk. lebih lanjut menunjukkan bahwa bentuk NP sangat mempengaruhi kapasitasnya untuk menginduksi produksi ROS. Nanopartikel logam peniru bunga siang hari (D-NP) menghasilkan produksi ROS yang jauh lebih tinggi daripada nanopartikel logam peniru bunga malam (N-NP), menghasilkan efek pembunuhan sel yang ditingkatkan [114] (Gbr. 1).
Produksi ROS diinduksi oleh NP di sekitar larutan dan sel [32]. Elektron yang dihasilkan dari NP dapat masuk ke dalam sel dan mengganggu fungsi rantai pernapasan, kemudian meningkatkan produksi ROS intraseluler. Elektron juga dapat bereaksi dengan O2 secara langsung dan meningkatkan pembentukan ROS ekstraseluler
NP dapat menginduksi ledakan ROS intraseluler pada konsentrasi yang sangat rendah (ditunjukkan pada Tabel 1), misalnya, Nano-C60 pada 1 g/mL dapat secara signifikan meningkatkan apoptosis sel dengan menginduksi stres oksidatif [26, 27]. Khususnya, sebagian besar NP memiliki efek tergantung dosis, seperti yang telah dilaporkan untuk VO2 NP [60, 61] dan NP CuO [74, 75].
NP yang masuk ke dalam sel seringkali memiliki efek yang merugikan. Penjelasan yang paling didukung untuk sitotoksisitas NP adalah bahwa stres oksidatif diinduksi oleh ledakan ROS. Ledakan ROS yang disebabkan oleh NP telah mengakibatkan modifikasi oksidatif biomakromolekul, kerusakan struktur seluler, resistensi obat yang berkembang, mutasi gen, dan karsinogenesis [116, 117]. Lebih lanjut, ledakan ROS telah mengubah fungsi fisiologis normal sel, seperti halnya dengan pemicu peradangan, yang pada akhirnya memblokir fungsi sel dan merusak organisme [23, 118, 119]. Umumnya, NP pertama kali teradsorpsi pada permukaan sel, dan kemudian melewati membran ke dalam sel, di mana mereka menginduksi generasi ROS [36]. Karena potensi oksidatifnya yang kuat, ROS sangat menekan sel [46] dan menyerang hampir semua jenis biomolekul di dalam sel, termasuk karbohidrat, asam nukleat, asam lemak tak jenuh, protein dan asam amino, dan vitamin [36, 120, 121] ] (Gbr. 2).
Peran penting ROS dalam sitotoksisitas yang diinduksi oleh NP [33]. Peristiwa seluler yang mungkin terjadi setelah NP berinteraksi dengan sistem intraseluler
Lipid, terutama asam lemak tak jenuh, adalah makromolekul intraseluler yang penting, yang memainkan peran kunci dalam struktur dan fungsi membran sel. NP sangat tertarik ke membran sel, di mana mereka dapat menghasilkan ROS dan menyebabkan peroksidasi lipid membran luar. Kandungan asam lemak yang berubah dari membran sel dapat menyebabkan peningkatan permeabilitas sel, yang menghasilkan transportasi NP yang tidak terkontrol dari lingkungan ekstraseluler ke dalam sitoplasma, di mana kerusakan seluler dapat berlanjut lebih lanjut [76, 122].
NP intraseluler menginduksi putaran ledakan ROS berikutnya. ROS yang terbebani menyebabkan pecahnya membran organel, kebocoran isi organel [52, 123], inaktivasi reseptor sel [124], pelepasan laktat dehidrogenase (LDH), dan kerusakan sel ireversibel lebih lanjut [125] ].
ROS menyerang residu hidrofobik asam amino, berkontribusi pada pemutusan ikatan peptida dan mengganggu fungsi protein ini [126.1127.128]. Karbonilasi adalah fitur lain dari protein yang mengalami kerusakan oksidatif [129]. Protein karbonilasi membentuk agregat yang secara kimiawi ireversibel dan tidak dapat didegradasi melalui proteasom, yang menyebabkan hilangnya fungsi protein ini secara permanen [130, 131]. Gurunathan dkk. [132] menunjukkan bahwa PtNPs dapat meningkatkan generasi ROS dan meningkatkan kadar protein karbonilasi, yang menghambat proliferasi osteosarcoma dan berkontribusi pada apoptosis. Dalam satu kasus, nanopartikel pembakaran dan gesekan yang diturunkan (CFDNPs) telah terakumulasi di otak orang dewasa muda dengan penyakit Alzheimer, yang kemungkinan mempromosikan generasi ROS, menghasilkan protein yang salah lipat, agregasi, dan fibrilasi [133]. Selanjutnya, Pelgrift et al. menunjukkan bahwa NP Mg dapat menghambat transkripsi gen atau merusak protein secara langsung [10].
Asam nukleat, termasuk DNA dan RNA, sangat penting untuk fungsi sel, pertumbuhan, dan perkembangan, dan nukleotida komponennya merupakan target rentan ROS [134,135,136]. Karena potensi redoksnya yang rendah, ROS dapat langsung bereaksi dengan nukleobasa dan memodifikasinya [137]. Sebagai contoh, ROS dapat mengoksidasi guanin menjadi 8-oxo-7,8 dihydroguanine (8-oxoG) [138] dan adenin menjadi 1,2-dihydro-2-oxoadenine (2-oxoA) [139]. Modifikasi basa ini menyebabkan kerusakan DNA [140]. Karena potensi genotoksiknya dan kapasitasnya untuk menginduksi pembentukan ROS [141], NP secara signifikan menginduksi kerusakan DNA untai tunggal dan ganda [142, 143], kerusakan kromosom, dan kejadian gen aneuploid [144].
Peningkatan produksi ROS merupakan penyebab utama miscoding gen, aneuploidi, poliploidi, dan aktivasi mutagenesis pada sel yang terpapar NP [145.146.147.148]. Di antara kumpulan nukleotida, guanin adalah yang paling rentan dan mudah teroksidasi menjadi 8-oksoG oleh ROS [149]. Peningkatan kadar 8-okso-dG dalam DNA menghasilkan ketidakcocokan basa DNA [150]. Demikian pula, penggabungan A:8-oxoG menyebabkan peningkatan tingkat mutasi transversi yang merusak dari G:C> T:A [151, 152]. Rasio mutasi transisi G:C> T:A ke G:C> A:T juga telah digunakan sebagai indeks untuk mengukur kerusakan DNA oksidatif [153].
Generasi ROS yang diinduksi oleh NP menghasilkan akumulasi kerusakan DNA, yang mendorong perkembangan mutagenisitas [154], onkogenesis [155], resistensi multidrug [156, 157], penuaan, dan pelepasan kekebalan [158]. Jin dkk. menunjukkan bahwa kelebihan produksi ROS secara dramatis meningkatkan mutagenesis gen regulator transkripsi DNA-binding, yang mengakibatkan penghabisan antibiotik yang dipercepat [159], yang pada gilirannya mendorong resistensi multi-antibiotik bakteri [34]. Giannoni dkk. melaporkan bahwa mutasi DNA mitokondria terjadi dengan meningkatnya ROS intraseluler dan selanjutnya merusak aktivitas ETC kompleks I dan mengakibatkan disfungsi mitokondria [160, 161].
Kerusakan DNA yang diinduksi oleh NP telah terbukti menghambat sintesis asam amino, replikasi [162], dan menyebabkan akumulasi protein p53 [163] dan Rab51 yang menyimpang [82, 142]. Kerusakan DNA juga dapat menunda atau menghentikan sel sepenuhnya [164]. Sel dengan DNA yang rusak kehilangan kapasitas untuk pertumbuhan dan proliferasi [165] dan pada akhirnya dapat menyebabkan kematian sel [166] (Gbr. 3).
Peristiwa seluler yang diinduksi oleh NP. NP berkontribusi pada penghancuran membran sel dan peroksidasi lipid. Membran lisosom dihancurkan oleh NP dan menghasilkan pelepasan isinya. Membran mitokondria rusak oleh NP, menyebabkan pelepasan konten. NP mengurangi pembentukan ATP dan meningkatkan produksi ROS. ROS yang diinduksi oleh NP menghasilkan kesalahan penerjemahan RNA. NP mencegah pengikatan tRNA ke ribosom. ROS yang diinduksi oleh NP menghasilkan polimerisasi protein dan DNA. ROS yang diinduksi oleh NP menyebabkan mutasi DNA Membran inti dihancurkan oleh NP, menghasilkan pelepasan isinya
Sitotoksisitas NP dikaitkan dengan stres oksidatif, produksi ROS endogen, dan penipisan kumpulan antioksidan intraseluler. Peningkatan stres oksidatif menyebabkan kerusakan oksidatif pada biomakromolekul, yang selanjutnya mempengaruhi fungsi normal sel dan berkontribusi pada terjadinya dan perkembangan berbagai penyakit [167].
NP menginduksi kerusakan membran dan meningkatkan pengangkutan NP ke dalam sitoplasma. NP berkonsentrasi di lisosom, mitokondria, dan nukleus, yang menghasilkan konsekuensi bencana bagi sel [168, 169]. Telah dilaporkan bahwa NP dapat mengurangi generasi adenosin trifosfat (ATP) [89], menguras glutathione, menginduksi kesalahan penerjemahan protein [170], memecahkan lisosom [171], dan menghambat subunit ribosom dari pengikatan RNA transfer (tRNA). Peristiwa seluler ini menunjukkan runtuhnya proses biologis mendasar dalam sel dan menyebabkan penurunan yang signifikan dalam viabilitas sel [47]. Singh dan Scherz-Shouval dkk. melaporkan bahwa NP dapat mengganggu fungsi sitoskeletal dengan menginduksi generasi ROS dan mengaktifkan proses autophagic dan apoptosis dalam sel [89].
NP memasuki tubuh melalui rute yang berbeda, misalnya melalui kulit, paru-paru, atau saluran usus (Gbr. 4a) dan dapat memiliki berbagai macam efek toksikologi dan menginduksi respon biologis seperti inflamasi dan respon imun [172.173.174]. Dalam satu kasus, paparan sel terhadap silika NP menyebabkan makrofag mengeluarkan sejumlah besar interleukin-1β (IL-1β), yang pada akhirnya mengakibatkan kematian sel [175]. Gao dan rekan melaporkan bahwa peradangan paru jauh lebih tinggi pada tikus setelah terpapar nanotube karbon, yang dapat mengaktifkan makrofag alveolar dan menginduksi respon inflamasi yang kuat [176]. Dalam penelitian lain, marmut yang terpapar ZnO NP mengalami kerusakan paru, yang menyebabkan penurunan kapasitas total paru dan kapasitas vital [177.178.179].
Masuknya NP ke dalam dan kerusakan organ. a NP dapat masuk ke dalam organisme melalui rongga mulut, rongga hidung, saluran pernapasan, ginjal, dan saluran usus; b NP dapat menyebar melalui sirkulasi sistemik dan terakumulasi di ginjal, hati, jantung, otak, saluran usus, dan paru-paru, yang menyebabkan disfungsi organ (Angka ini dibuat di BioRender.com).
ZnO NPs juga menyebabkan cedera parah pada penghalang epitel alveolar dan menyebabkan peradangan pada paru-paru manusia [180]. Dalam kasus lain, NP yang diserap ke dalam usus menyebabkan peradangan dan degradasi mukosa usus [181]. Shubayev dkk. mencatat bahwa NP Mg meningkatkan migrasi makrofag ke sistem saraf dengan menurunkan sawar darah-otak dan darah-saraf dengan cara yang bergantung pada MMP [182]. Selanjutnya, tikus yang menghirup karbon nanotube menunjukkan imunosupresi dan menekan respon antibodi dalam sel limpa naif [183]. Akhirnya, NP Cd menyebabkan penurunan yang parah pada viabilitas monosit darah, yang pada akhirnya mengakibatkan defisiensi imun [184].
Selain patologi di atas, tingkat ROS yang sangat bervariasi telah diidentifikasi sebagai penyebab utama perkembangan berbagai penyakit manusia. Tretyakova dan Liou dkk. menunjukkan bahwa DNA teroksidasi cenderung membentuk konjugat DNA-protein, yang terakumulasi di jantung dan otak dan berkontribusi terhadap terjadinya kanker, penyakit terkait penuaan, dan peradangan kronis [185, 186]. Andersen [187] menyimpulkan bahwa diabetes, serta penyakit kardiovaskular dan neurodegeneratif, sangat terkait dengan ketidakseimbangan ROS. Selain itu, Pérez-Rosés et al. menunjukkan bahwa peningkatan ROS mendorong perkembangan penyakit Alzheimer dan Parkinson [188].
Telah dilaporkan lebih lanjut bahwa NP mempromosikan apoptosis sel kanker payudara [35] dan menghancurkan jaringan ganas dan patogen dengan mempromosikan generasi ROS [189, 190]. Namun, ROS juga telah ditemukan menginduksi proliferasi sel normal dan sel kanker, merangsang mutasi, dan memulai karsinogenesis pada sel normal dan resistensi multiobat pada sel kanker [191, 192]. Handy dkk. menemukan bahwa ikan yang terpapar nanotube karbon menunjukkan granuloma di paru-paru mereka dan tumor di hati mereka dengan waktu paparan yang diperpanjang [193]. Beberapa NP telah menyebabkan kegagalan beberapa organ, terutama mempengaruhi jantung, paru-paru, ginjal, dan hati. TiO2 NP telah ditunjukkan untuk mempromosikan penurunan berat badan, lesi limpa, pembekuan darah dalam sistem pernapasan, nekrosis dan fibrosis dalam sel hati, dan inkrasasi septum alveolar [194, 195]. Dalam satu penelitian, NP juga mencegah diferensiasi sel induk, yang memperburuk kerusakan organ [196]. Penelitian lebih lanjut juga melaporkan bahwa NP menurunkan kualitas sperma [197] dan paparan sperma terhadap NP karbon mempengaruhi kemampuan mereka untuk membuahi telur dan mengganggu perkembangan embrio bulu babi ungu [198]. Bukti yang menunjukkan efek toksikologi NP pada mikroorganisme, alga, nematoda, tumbuhan, hewan, dan manusia khususnya [22, 199, 200] (Gbr. 4b).
NP memiliki berbagai sifat biomedis yang membuatnya berharga (misalnya, sebagai agen antibakteri dan antikanker [26,27,28]). Cara kerja utama mereka adalah kemampuan mereka untuk meningkatkan produksi ROS dalam sel; namun, sifat ini juga membuat partikel ini menjadi racun, dengan menyebabkan mutasi gen, apoptosis, dan bahkan karsinogenesis [45, 49, 58]. Akibatnya, ada kebutuhan mendesak untuk mengembangkan NP baru yang mempertahankan sifat yang diperlukan tanpa menyebabkan produksi ROS yang berlebihan. Studi terbaru telah melaporkan jenis baru NP yang dapat menghilangkan ROS intraseluler. Jenis ini terbagi dalam dua kelas:(1) NP yang dapat mengais ROS [77] dan (2) NP yang dilapisi dengan bahan tambahan untuk mengurangi sitotoksisitasnya [87].
Panikkanvalappil dan rekan menunjukkan bahwa Pt NPs menghambat kerusakan untai ganda DNA dengan mendegradasi ROS [201]. Dalam kasus lain, Mn3 O4 NP memodulasi redoks seluler yang menghasilkan perlindungan biomakromolekul terhadap stres oksidatif [77]. Selanjutnya, CeO2 NP adalah agen baru yang melindungi sel dan jaringan terhadap kerusakan oksidatif dengan kapasitas radikal bebasnya [79, 202].
H2 O2 adalah produk sampingan utama dari interaksi sel NP. H2 O2 menghancurkan biomolekul penting termasuk protein, lipid, dan asam nukleat. Namun, ketika sel diperlakukan dengan MNP khusus yang dilapisi dengan asam merkaptopropionat (MPA-NPs) atau silika aminasi (SiO2 -MNPs), kerusakan tersebut tidak diamati [203, 204]. Demikian pula, GO yang dilapisi dengan polivinilpirolidon (PVP) memiliki efek toksik yang lebih sedikit pada sel dendritik (DC), limfosit T, dan makrofag dibandingkan tanpa lapisan ini. PVP-GO telah terbukti mengurangi apoptosis limfosit-T dan bahkan meningkatkan aktivitas makrofag [205]. AuNR berlapis-Pt (PtAuNRs) mempertahankan kemanjuran nanorod emas tradisional (AuNR) dan dapat memicu kematian sel sel yang diinginkan sambil mengais ROS, sehingga melindungi sel sehat yang tidak diobati dari kematian tidak langsung yang disebabkan oleh produksi ROS [87].
NP yang memiliki sifat fisikokimia yang unik (misalnya, ukuran sangat kecil, rasio luas permukaan terhadap massa yang besar, dan reaktivitas yang tinggi) membuatnya sangat diinginkan dalam aplikasi yang berbeda. NP yang direkayasa untuk tujuan komersial telah meningkat pesat. Oleh karena itu, keamanan hayati NP mendapat perhatian lebih di masyarakat. Dalam ulasan ini, kami merangkum mekanisme dan bertanggung jawab untuk pembentukan ROS oleh NP di tingkat seluler serta kemajuan terbaru dari toksisitas NP terkait ROS di bidang biomedis dan menyoroti bidang NP ramah sel yang muncul. Generasi ROS yang diinduksi oleh NP terkait dengan ukuran, morfologi, luas permukaan, dan komponennya. Selain itu, ROS memiliki bio-multifungsi dalam biologi sel dan biomedis serta mediator kunci pensinyalan seluler, termasuk apoptosis sel, viabilitas, dan diferensiasi.
Namun, untuk meningkatkan keamanan hayati NP dan mempercepat penggunaannya di bidang biomedis, beberapa hambatan perlu diatasi dan masih banyak pekerjaan yang diperlukan. Pertama, diharapkan metode high-throughput (HTM) dirancang untuk secara efisien mendeteksi biotoksisitas NP in vitro dan in vivo. HTM dapat menghemat waktu dan sumber daya, menggabungkan beberapa parameter pada satu sistem, dan meminimalkan kesalahan metodologis atau sistematis. Ini juga akan menawarkan pemahaman mendalam tentang hubungan antara properti NP dan respons sel, yang dapat membantu kami mengidentifikasi kondisi optimal.
Kedua, mekanisme molekuler dan seluler yang terkait dengan biotoksisitas ROS yang diinduksi NP masih belum jelas. Ada permintaan untuk mengeksplorasi lebih lanjut mekanisme yang terkait dengan pembentukan ROS oleh NP, yang akan memberikan lebih banyak informasi untuk memodifikasi fitur kimia-fisika NP untuk mengontrol generasi ROS. Ini dapat membantu para peneliti mengembangkan strategi baru untuk mengurangi bahaya NP yang direkayasa untuk mempercepat terjemahan klinis dan komersial mereka dalam bidang biomedis.
Akhirnya, karena karakteristik strukturalnya, NP dapat masuk ke tubuh secara bebas melalui berbagai rute, dan akumulasi NP dalam tubuh dapat menyebabkan peradangan dan respons imun, yang mengakibatkan cedera atau kematian sel, disfungsi organ, dan akhirnya merangsang terjadinya berbagai penyakit, seperti Alzheimer, Parkinson, radang hati, dan disembrioplasia. Masalah ini menjadi lebih mendesak dengan meluasnya penggunaan NP.
Semua data yang dihasilkan atau dianalisis selama penelitian ini disertakan dalam artikel yang diterbitkan ini [dan file informasi tambahannya].
Radikal hidroksil
1,2-Dihydro-2-oxoadenine
8-okso-7,8 dihidroguanin
Nanopartikel perak
Protein penggerak faktor transkripsi-1
Adenosin trifosfat
Nanorod emas
Nanopartikel yang berasal dari pembakaran dan gesekan
Sel dendritik
Nanopartikel metalik yang meniru bunga hari
Faktor pertumbuhan epidermis
Retikulum Endoplasma
Rantai transpor elektron mitokondria
Biaya3 O4 -polyethylene glycol-polyamide-amine-matrix metalloproteinase2@ chlorin e6
Hidrogen peroksida
Silika berongga-Fe-polietilen glikol-reseptor faktor pertumbuhan epidermis manusia 2 nanopartikel
Laktat dehidrogenase
Potensi membran mitokondria
MNP dilapisi dengan asam merkaptopropionat
Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate dioksidasi/direduksi
Faktor nuklir-κB
Nanopartikel metalik yang meniru bunga malam
Nanopartikel
Radikal anion superoksida reaktif
pDNA-polietilenimin CeO nanopartikel
AuNR berlapis Pt
Polivinilpirolidon
Spesies oksigen reaktif
MNP dengan silika aminasi
Mentransfer RNA
bahan nano
Abstrak Makalah ini menyelidiki dampak post-rapid thermal anneal (RTA) dan ketebalan ZrO2 pada polarisasi P dan karakteristik kelistrikan TaN/ZrO2 /Ge kapasitor dan FeFET, masing-masing. Setelah RTA berkisar antara 350 hingga 500 °C, TaN/ZrO2 /Ge kapasitor dengan ZrO amorf 2,5 dan 4 nm2 film memame
Abstrak Array nanopartikel perak (NP) periodik dibuat dengan metode sputtering magnetron dengan templat aluminium oksida anodik untuk meningkatkan emisi sinar UV dari ZnO oleh efek resonansi plasmon permukaan. Simulasi teoritis menunjukkan bahwa panjang gelombang resonansi plasmon permukaan bergant
Pelanggan mengharapkan lebih dari bisnis yang sering mereka kunjungi. Faktanya, 70% pemimpin bisnis mengatakan bahwa permintaan pelanggan meningkat setelah pandemi. Baik Anda adalah perusahaan utilitas atau Anda menawarkan layanan di bisnis atau rumah pelanggan, Anda memerlukan manajemen layanan l
Apa yang kami sebut pencetakan 3D biasanya digunakan dalam pembuatan cetakan, desain industri, dan bidang lainnya. Selain itu, di bidang makanan, teknologi 3D printing juga mengalami beberapa perkembangan penting. Kelebihan Pencetakan 3D 1. Pengoperasiannya sederhana dan nyaman Proses pembuatan mes
