Universitas Airlangga Official Website

Supra Desain Karbon Dots Terdoping Boron/ Naproxen: Evaluasi Diagnostik, Toksisitas, Dan Terapi In Vivo

Penelitian sebelumnya memberikan bukti jelas tentang potensi besar nanopartikel karbon yang didoping Boron dalam terapi kanker. Pada penelitian kami sebelumnya, terbukti bahwa kombinasi Naproxen dengan nanopartikel menghasilkan aktivitas yang lebih baik dalam pengobatan beberapa penyakit. Meskipun sifat-sifatnya menjanjikan, terdapat penelitian terbatas mengenai model pelepasan kinetika yang biasanya terjadi ketika B-CD dikombinasikan dengan obat antikanker, baik in vitro maupun in vivo. Konsekuensinya, sangat penting untuk mengevaluasi pentingnya studi pelepasan obat sebagai kelanjutan dari kemanjuran terapi B-CD.

Di sini, kami merancang titik karbon doping boron yang mudah dan terjangkau melalui metode cepat berbantuan gelombang mikro dalam waktu dua jam. Asam borat digunakan sebagai agen doping, yang berfungsi sebagai sumber boron. Pilihan ini didasarkan pada kemudahan doping boron pada permukaan titik karbon, kemampuan penargetan aktifnya terhadap asam sialat, dan fotoluminesensinya yang sangat baik. Intrik sebenarnya dari penelitian kami muncul ketika kami mengeksplorasi penerapan potensial dalam pengobatan kanker melalui pendekatan penggabungan naproxen. Studi kami menunjukkan peningkatan efisiensi pengobatan secara signifikan terhadap sel kanker dalam kondisi lingkungan mikro tertentu dibandingkan dengan kondisi fisiologis normal. Selain itu, penelitian in vivo kami menunjukkan efektivitas luar biasa dalam menekan tumor, dengan B-CD tidak menunjukkan efek samping. Hasil positif yang diamati memberikan bukti potensi titik karbon yang didoping boron sebagai pembawa obat multifungsi, menawarkan peluang baru dalam pengobatan kanker.

Kami melakukan uji CCK-8 untuk mengevaluasi fungsi mitokondria sel, khususnya tingkat suksinat dehidrogenase, yang mengungkapkan rendahnya toksisitas B-CD terhadap sel HeLa. Gambar 1a menunjukkan bahwa setelah 24 jam inkubasi dengan B-CD, sekitar 80% sel HeLa tetap dapat hidup setelah konsentrasi B-CD mencapai 250 µg/mL. Peningkatan penyelidikan sitotoksisitas lebih lanjut mengungkapkan bahwa konjugasi naproxen ke B-CD meningkatkan efisiensinya bila dibandingkan dengan naproxen telanjang dalam hal persentase viabilitas pada kedua pengujian CCK-8. Menurunnya viabilitas sel B-CD/Naproxen menunjukkan nanopartikel B-CD bekerja sangat baik sebagai penghantaran obat dalam meningkatkan penyerapan seluler naproxen dan mendorong naproxen untuk ditargetkan pada sel HeLa secara tepat. Lebih jauh lagi, percobaan aliran sitometri untuk apoptosis dan nekrosis memberikan bukti lebih lanjut tentang efek kecil B-CD pada tingkat sel. B-CD tidak menginduksi apoptosis pada sel HeLa, bahkan pada konsentrasi 500 μg/mL. Konsisten dengan temuan dari analisis aliran sitometri (Gambar 1b), kami menemukan bahwa ketika B-CD dikombinasikan dengan Naproxen, kemanjuran membunuh kanker ditunjukkan melalui evaluasi sitotoksisitas. Tampaknya Naproxen berperan dalam gangguan seluler pada konformasi DNA. Untuk melakukan studi komprehensif mengenai keamanan hayati B-CD dan efektivitas terapi B-CD/Naproxen, kami melakukan studi dosis tunggal untuk menyelidiki toksisitas in vivo. Dalam percobaan ini, 48 ekor mencit Balb/c dengan berat 25 gram diklasifikasikan menjadi tiga kelompok: kelompok kontrol (mendapat larutan garam) dan kelompok perlakuan (Naproxen dan B-CDs/Naproxen). Mencit pada kelompok perlakuan disuntik secara intraperitoneal (ip) dengan dosis 20 mg/kg pada hari ke 0, 7, dan 14 (seperti digambarkan pada Gambar 1c). Gambar 1d menunjukkan bahwa tidak ada metode pemberian B-CD yang berbeda secara signifikan dari kelompok kontrol. Dalam setiap kasus, tikus-tikus tersebut selamat, dan yang terpenting, mereka tidak menunjukkan penurunan berat badan atau tanda-tanda toksisitas yang signifikan dibandingkan dengan kelompok kontrol. Tikus yang diinduksi dengan senyawa benzo(a)pyrene (BAP) mengembangkan kanker terutama di kepala dan bahu, menunjukkan gejala fisik seperti bintil, luka merah, dan rambut rontok di area yang terkena. Tikus kemudian diberi perlakuan, dengan satu kelompok sebagai kontrol dan menerima suntikan rutin larutan garam 0,2 mL. Selama dua minggu pertama penyuntikan, tikus dalam kelompok ini tetap aktif. Namun, selama dua minggu berikutnya, mereka semakin tidak aktif. Di kelompok lain, setiap tikus menerima 0,2 mL Naproxen per injeksi. Selama penyuntikan yang berlangsung selama satu bulan, tikus dalam kelompok ini tetap aktif, bahkan ada yang menunjukkan tanda-tanda agresi. Demikian pula, pada kelompok B-CD/Naproxen, tikus disuntik dengan 0,2 mL B-CD/Naproxen per injeksi. Sepanjang proses penyuntikan hingga selesai, tikus-tikus tersebut juga tetap aktif. Analisis grafis menunjukkan bahwa kelompok B-CD/Naproxen mengalami penurunan diameter keganasan yang signifikan dari minggu pertama hingga minggu kelima, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1e. Sebaliknya, kelompok kontrol (saline) menunjukkan peningkatan ukuran kanker yang signifikan, yang disebabkan oleh tidak adanya pengobatan kanker (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1f). Pada kelompok Naproxen, perkembangannya lebih bervariasi, menunjukkan fluktuasi penurunan dan peningkatan. Berdasarkan hasil analisis, keberadaan B-CD menunjukkan potensi sebagai agen penghantaran obat yang lebih efektif dibandingkan penghantaran obat saja dalam pengobatan kanker. Selanjutnya, organ vital tikus, termasuk ginjal, hati, dan pankreas, dikumpulkan pada tiga titik waktu berbeda: 15 hari, 30 hari, dan 40 hari (seperti diilustrasikan pada Gambar 1g). Setelah 15 hari, organ dari tikus yang diberi B-CD menunjukkan sedikit perbedaan penampilan dibandingkan dengan kelompok kontrol, meskipun hati tikus pada kelompok B-CD tampak sedikit lebih gelap. Namun, setelah 30 dan 40 hari, tidak ada perbedaan nyata yang diamati antara kelompok kontrol dan kelompok perlakuan.

Kami mengiris dan mewarnai organ dengan hematoxylin dan eosin (H&E) untuk menyelidiki lebih lanjut asal mula kerusakan dan menentukan apakah B-CD menyebabkan kerusakan struktural. Seperti tergambar pada Gambar 1h, pemeriksaan histopatologi hati pada hari ke 15 pengobatan menunjukkan adanya perbedaan bermakna dibandingkan dengan kelompok kontrol. Pengamatan ini terlihat dari pembengkakan dan nekrosis sel hepatosit, yang lebih parah dibandingkan kelompok kontrol, menunjukkan bahwa injeksi sampel B-CD ke dalam hati tikus menyebabkan perubahan histologis. Namun setelah dilakukan pemeriksaan histopatologi hati lebih mendalam pada hari ke 30 dan 40, tidak ditemukan perbedaan bermakna dibandingkan kelompok kontrol. Hasilnya memberikan bukti kuat bahwa perubahan histologis hati yang disebabkan oleh B-CD dapat dipulihkan secara alami melalui potensi regenerasi sel-sel hati. Pada hari ke 15 pengamatan histopatologi ginjal dilakukan perbedaan antara kelompok perlakuan dan kelompok kontrol. Perbedaan ini termasuk vakuolisasi tubular dan pembengkakan ruang Bowman. Namun, perubahan yang diamati pada kelompok perlakuan pada hari ke 15 bersifat reversibel. Penelitian ini dibuktikan dengan pengamatan histopatologi kelompok perlakuan pada hari ke 30 dan 40 yang menunjukkan tidak adanya edema pada kapsul Bowman, vakuolasi tubulus, atau kerusakan lainnya. Gambar 1h menunjukkan hasil pengamatan gambaran histopatologi pankreas mencit. Berdasarkan gambar tersebut, terlihat bahwa gambaran histopatologi pankreas pada tikus yang disuntik B-CD tidak menunjukkan adanya perubahan spesifik pada susunan sel atau struktur jaringan dibandingkan dengan kelompok kontrol. Hal ini menggarisbawahi bahwa suntikan sampel B-CD tidak menyebabkan kerusakan histologis yang signifikan pada pankreas tikus. Bukti ini memperkuat bahwa agregasi B-CD tidak menyebabkan kerusakan parah pada organ tikus, juga tidak mengakibatkan kematian hewan.

Berdasarkan hasil pemeriksaan darah terlihat bahwa kadar hemoglobin dan leukosit pada ketiga kelompok perlakuan masih dalam rentang normal (Gambar 5i dan 5j). Data ini menunjukkan bahwa pengobatan yang diberikan pada tikus tidak mempengaruhi fungsi hemoglobin dan leukosit dalam darahnya. Namun demikian, konsentrasi trombosit hewan pengerat pada ketiga kelompok meningkat secara signifikan melebihi kisaran normal (Gambar 1j). Peningkatan produksi trombosit pada organ tikus yang diamati kemungkinan besar disebabkan oleh penyakit atau kondisi yang mendasarinya.

Dosis basofil pada tikus dari ketiga kelompok menunjukkan peningkatan signifikan di luar kisaran normal (Gambar 1k). Kelainan ini disebabkan oleh peran basofil dalam memerangi parasit di dalam tubuh. Dalam hal ini, pengaturan pembekuan darah tidak berfungsi sebagaimana mestinya karena sistem kekebalan menyerang sel atau jaringan sehat, yang menunjukkan adanya penyakit yang mendasari pada tikus. Jumlah neutrofil pada tikus dari ketiga kelompok berada di bawah kisaran normal, sehingga tubuh tikus kurang efektif dalam melawan bakteri berbahaya. Hal ini membuat mereka sangat rentan terhadap penyakit, yang mungkin diperburuk oleh efek samping kemoterapi. Limfosit berperan penting dalam menjaga sistem kekebalan tubuh dengan melawan virus dan racun. Namun, di antara ketiga kelompok perlakuan, hanya kelompok naproxen yang menunjukkan kadar limfosit melebihi batas normal. Informasi ini menunjukkan adanya peradangan dan konsumsi naproxen pada kelompok tertentu, yang menyebabkan peningkatan kadar limfosit. Sedangkan kelompok kontrol dan kelompok B-CD/Naproxen memiliki kadar limfosit yang normal. Kadar monosit pada tikus kelompok perlakuan naproxen masih dalam batas normal, hal ini menunjukkan bahwa fungsi monosit dalam melawan infeksi dan meningkatkan imunitas tubuh terhadap zat asing tetap terjaga. Sebaliknya, kelompok kontrol dan kelompok B-CD/Naproxen menunjukkan peningkatan kadar monosit melebihi kisaran normal, kemungkinan disebabkan oleh respons imun yang sedang berlangsung terhadap infeksi atau penyakit.

Kami telah mempelajari sintesis, karakterisasi, toksisitas in vitro dan toksisitas in vivo dari sampel B-CD. Berdasarkan hasil dan pembahasan pada penelitian ini, dapat disimpulkan bahwa B-CD yang disintesis dengan metode berbantuan gelombang mikro mempunyai karakteristik umum doping karbon nanodot dan menunjukkan intensitas fluoresensi yang tinggi dengan PLQYs sebesar 33%. Hal ini menjadikan B-CD berpotensi sebagai agen bioimaging yang efisien dalam sel kanker. Kinetika pelepasan obat Naproxen dari B-CD mengikuti model Peppas-Sahlin di semua kondisi percobaan. Evaluasi toksisitas in vitro menunjukkan bahwa nanodot boron-karbon memiliki toksisitas yang rendah. Sementara itu, evaluasi toksisitas nanodot boron-karbon secara in vivo pada mencit betina dengan dosis 20 mg/kg selama 31 hari menunjukkan adanya perubahan reversible pada gambaran histologis hati dan ginjal mencit namun tidak berpengaruh terhadap histologi. pankreas, perilaku fisik dan berat badan mencit, serta tidak menyebabkan kematian.

Link Asli Paper: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.molpharmaceut.3c00919