Terapi kanker melalui obat-obatan kemoterapi telah banyak dikembangkan, seperti siklofosfamid, metotreksat, doksorubisin, dan fluorourasil. Terlepas dari itu, sebagai efek samping obat kemoterapi, pengobatan ini mempengaruhi jaringan normal, mengakibatkan distribusi obat yang tidak tepat dan metabolisme yang cepat sebelum mencapai jaringan tumor yang ditargetkan. Kemoterapi merupakan suatu teknik klinis yang menawarkan prinsip terapeutik untuk menekan metastasis tumor, namun penggunaannya tidak secara langsung didistribusikan ke berbagai kelompok masyarakat karena biaya pengobatan yang tinggi, variasi individu yang signifikan, dan efek samping yang besar. Terapi termal memiliki beberapa keuntungan bagi pasien kanker, termasuk mengurangi jaringan parut, nyeri, waktu, dan biaya.
Mendapatkan distribusi suhu yang tepat sangat penting dalam menilai kekuatan pemanasan sel kanker sekaligus menghindari kerusakan pada jaringan di sekitarnya. Frekuensi radio, termoterapi laser, fototerapi, dan ablasi gelombang mikro adalah beberapa prosedur perlakuan panas yang digunakan dalam pengobatan. Selain pembedahan dan kemoterapi, ablasi laser adalah pengobatan tumor non-invasif yang menggunakan interaksi fototermal antara laser dan jaringan untuk menyebabkan kerusakan minimal pada jaringan sehat. Penelitian ini berfokus pada pengembangan struktur nano multiguna baru untuk terapi kanker yang menggabungkan terapi fotodinamik (PDT). ), terapi fototermal (PTT), dan terapi kemodinamik (CDT). Para peneliti mensintesis dan mengkarakterisasi struktur nano emas-mangan dioksida (Au-MnO2) sebagai agen fotosensitif untuk pendekatan terapeutik ini.
Perawatan kanker tradisional seperti kemoterapi seringkali memiliki efek samping dan keterbatasan yang signifikan. Pendekatan baru seperti PDT, PTT, dan CDT menawarkan keuntungan potensial dalam hal spesifisitas dan mengurangi kerusakan pada jaringan sehat. PDT menggunakan fotosensitizer untuk menghasilkan spesies oksigen reaktif (ROS) untuk membunuh sel kanker saat terkena cahaya. PTT menggunakan agen fototermal yang mengubah energi cahaya menjadi panas untuk menghancurkan tumor. CDT mengkatalisis hidrogen peroksida intraseluler untuk menghasilkan ROS beracun. Para peneliti bertujuan untuk menggabungkan modalitas ini ke dalam satu platform nano menggunakan nanopartikel emas untuk sifat optiknya dan mangan dioksida untuk kemampuannya menghasilkan ROS. Pendekatan terpadu ini berpotensi meningkatkan kemanjuran terapeutik sekaligus meminimalkan efek samping.
Struktur nano Au-MnO2 disintesis melalui proses dua langkah: 1) Nanopartikel emas disiapkan dengan mereduksi asam kloroaurat menggunakan natrium sitrat. 2) Mangan dioksida ditumbuhkan pada permukaan nanopartikel emas dengan mereaksikan kalium permanganat dengan nanopartikel emas yang dilapisi sitrat.
Struktur nano yang dihasilkan dikarakterisasi menggunakan beberapa teknik: 1) Transmisi mikroskop elektron (TEM) menunjukkan partikel berbentuk bulat dengan diameter rata-rata 16,5 nm. 2) Pengukuran hamburan cahaya dinamis (DLS) menunjukkan distribusi ukuran rata-rata 58,54 nm. 3) Spektroskopi UV-Vis mengungkapkan puncak absorpsi khas pada 438 nm. 4) Difraksi sinar-X (XRD) mengkonfirmasi struktur kristal dari komponen emas dan mangan dioksida. 5) Spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR) mengidentifikasi ikatan kimia kunci. 6) Spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) memverifikasi komposisi elemen.
Analisis ini mengkonfirmasi keberhasilan sintesis struktur nano Au-MnO2 dengan morfologi dan komposisi yang diinginkan.
Kemampuan PDT dari struktur nano Au-MnO2 dievaluasi dengan mengukur produksi ROS di bawah iradiasi laser 808 nm. Menggunakan 1,4-difenil-2,3-benzofuran (DPBF) sebagai molekul probe sensitif ROS, peneliti mengamati penurunan absorpsi DPBF pada 416 nm seiring waktu, yang mengindikasikan produksi ROS. Hasil menunjukkan bahwa struktur nano Au-MnO2 dapat menghasilkan ROS secara efektif ketika terpapar cahaya inframerah-dekat, menunjukkan potensi mereka sebagai agen PDT. Komponen mangan kemungkinan meningkatkan produksi ROS dibandingkan dengan nanopartikel emas saja.
Evaluasi Kinerja PTT
Kinerja PTT dievaluasi dengan mengukur perubahan suhu di bawah iradiasi laser; 1) Berbagai panjang gelombang laser (532 nm, 671 nm, 808 nm) diuji, dengan 808 nm menghasilkan peningkatan suhu tertinggi, 2) Pada konsentrasi 1000 ppm dan iradiasi 808 nm, larutan Au-MnO2 mencapai suhu 66,4°C setelah 10 menit, 3) Efisiensi konversi fototermal dihitung sebesar 83% pada 808 nm, 4) Peningkatan suhu bergantung pada konsentrasi, dengan konsentrasi lebih tinggi menghasilkan pemanasan lebih besar.
Hasil ini menunjukkan sifat fototermal yang sangat baik, menjadikan struktur nano Au-MnO2 sebagai agen PTT yang menjanjikan.
Kemampuan CDT dievaluasi menggunakan uji tetrametilbenzidin (TMB) untuk mendeteksi produksi radikal hidroksil: 1) Struktur nano Au-MnO2 mengkatalisis oksidasi TMB di hadapan H2O2, yang mengindikasikan produksi radikal hidroksil, 2) Reaksi bergantung pada waktu dan dipengaruhi oleh konsentrasi H2O2 dan pH.
Aktivitas mirip peroksidase dari struktur nano memungkinkan mereka menghasilkan ROS beracun dari H2O2 endogen dalam lingkungan tumor. Ini menunjukkan potensi struktur nano Au-MnO2 sebagai agen CDT untuk pengobatan kanker.
Sitotoksisitas dan efikasi terapi dievaluasi menggunakan eksperimen kultur sel, termasuk uji sitotoksisitas dengan sel fibroblas manusia (HFB) dan sel kanker payudara (MCF7) menunjukkan >80% viabilitas pada konsentrasi hingga 500 μg/mL, mengindikasikan biokompatibilitas yang baik; Pengobatan fototermal sel kanker serviks HeLa dengan struktur nano Au-MnO2 dan iradiasi laser 808 nm mengurangi viabilitas sel menjadi 38,12% pada konsentrasi 500 μg/mL. Hasil ini menunjukkan struktur nano Au-MnO2 aman pada dosis terapeutik dan dapat membunuh sel kanker secara efektif saat diaktifkan oleh cahaya inframerah-dekat.
Kesimpulan
Struktur nano Au-MnO2 telah berhasil dibangun dan diproduksi sebagai agen fotosensitif multipurpose baru untuk PDT, PTT, dan CDT. Di bawah iradiasi laser 808 nm, struktur nano Au-MnO2 menunjukkan kemampuan menghasilkan ROS untuk PDT secara efisien. Produksi ROS juga meningkat selama PTT, mencapai suhu 66,4°C. Selain itu, menggabungkan ion logam Mn dari struktur nano Au-MnO2 dengan reagen H2O2 menghasilkan radikal •OH yang mengoksidasi TMB, yang menunjukkan sifat CDT. Evaluasi biokompatibilitas menggunakan sel kanker HeLa dan sel normal HFB mengkonfirmasi viabilitas kedua sel tetap lebih dari 80% dengan variasi konsentrasi struktur nano Au-MnO2 hingga 500 μg/mL. Secara keseluruhan, struktur nano Au-MnO2 berbentuk bulat dapat menjadi strategi yang menjanjikan untuk mengeliminasi sel kanker melalui PDT, PTT, dan CDT.
Link Asli Paper: https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2024/DT/D4DT01123F
