Biokompatibilitas In Vivo pada Biomaterial Silikon Berpori untuk Obat Perantara ke Jantung

Marka A. Tolli,

Abstrak

Infark Myokardium (MI), biasanya dikenal sebagai serangan jantung, yaitu nekrosis yang

tidak dapat balik pada otot jantung sekunder sehingga menyebabkan iskemia berkepanjangan,

yang merupakan peningkatan masalah dalam hal morbiditas, mortalitas dan biaya kesehatan

dunia. Seiring dengan adanya ide untuk mengembangkan nanocarriers yang efisien memberikan

agen terapi untuk jantung, dalam penelitian ini, kami bertujuan untuk menguji biokompatibilitas

secara in vivo pada ukuran yang berbeda hydrocarbon termal silikon berpori (THCPSi)

mikropartikel dan oksidasi termal silicon berpori( TOPSi) mikro dan nanopartikel dalam jaringan

jantung. Meskipun sitotoksisitas tidak ada atau rendah, kedua jenis partikel menunjukan baik

secara biokompatibilitas in vivo, dengan tidak mempengaruhi parameter hematologi dan tidak

ada perubahan yang cukup besar pada fungsi jantung sebelum dan sesudah Infark Myokardium

(MI). injeksi local dari THCPSi mikropartikel ke miokardium yang menyebabkan aktivasi lebih

tinggi terhadap inflamasi sitokin dan fibrosis yang mendukung gen untuk dicocokan dengan

TOPSi mikro dan nanopartikel. Bagaimanapun kedua partikel menunjukan tidak berakibat

signifikan terhadap fibrosis miokardium pada satu minggu pasca injeksi. Hasil kami

menyarankan bahwa THCPSi dan TOPSi mikro dan nanopartikel dapat diaplikasikan untuk agen

terapi aliran jantung di masa depan dan biomaterial PSibisa berfungsi sebagai perangkat yang

spesifik untuk pengobatan penyakit jantung.

1. Pendahuluan

Nanoteknologi sangat berpengaruh pada penelitian medis yang meningkatkan pentingnya

pengembangan aplikasi dan pendekatan terapi baru[1]. Diantara aplikasi ini, penggunaan

nanocarriers mendapat minat pemesanan mencapai kesuksesan pada terapi dan agen oencitraan

untuk pengobatan dan diagnose penyakit yang berbeda, seperti kanker[2-7] dan penyakit

kardiovaskular[8,9].

Gagal jantung kronis (HF) adalah sindrom klinis kompleks yang berasal dari berbagai

penyebab yang muncul dari pewarisan (skunder) atau kelainan struktur dan fungsi jantung.

Infark myocardium (MI) terus meningkat dalam masalah morbiditas, mortalitas dan biaya

kesehatan [12]. Setelah terjadinya MI. serangkaian respon pemodelan kompleks menyebabkan

perubahan dalam struktur dan fungsi kardiomiosit melalui perubahan terkoordinasi dalam ekpresi

gen dan protein[13]. Pertumbuhan hipertropi adalah mekanisme utama yang mengurangi tekanan

pada dinding ventrikel jantung dengan memperbesar miosit individu untuk meningkatkan fungsi

pompa jantung dan menurunkan tensi dinding ventrikel[14-16]. Akhir-akhirn ini pengobatan

yang baik untuk HF menggunakan agen farmakologis telah terbukti efektif dalam menurangi

hipertropi atau pemodelan negative miokardium, seperti inhibitor enzim pengubah angiotensin,

antagonist receptor angiotensin, antagonis receptor mineralocorticoid, penghalang saluran

kalsium, dan penghalang beta[11,15]. Selain itu, biventricular pacing dan operasi bypass coroner

telah terbukti mengurangi tingkat rawat inap sevara signifikan, dan dengan demikian

meminimalkan kematian atau meningkatkan status fungsional jantung [11]. Meskipun

pengibatan optimal dengan obat yang ada, secara keseluruhan pendekatan terapi ini agak terbatas

dibeberapa kasus, juga mungkin merugikan efek terapi ini harus dupertimbangklan ketika

digunakan pada dosi yang dibutuhkan untuk efek terapi yang diinginkan[11,15,17]. Oleh karena

itu, strategi terapi baru sangat diperlukan untuk mencegah angka kematian yang tinggi akibat MI.

Salah satu pendekatan untuk masalah tersebut bisa menjadi jalan keluar yang efisien bagi

agen terapi untuk kesehatan jaringan jantung. Nanocarriers yang berbeda akhir-akhir ini telah

terbukti efisien memberikan obat kedalam obat miokardiumyang terinjeksi[8,9,16,18]. Akhir-

akhir ini, pendekatan aliran gen juga telah digunakan untuk pengobatan HF, hasilnya

menunjukan peningkatan fungsi jantung, serta pencegahan tidak berfungsinya diastolic ventrikel

kiri[17,29]. Dengan demikian, kami berhipotesis bahwa silicon berpori (PSi) juga dapat

bertindak sebagai biomaterial untuk obat aliran ke jantung. Psi telah dipelajari secara meluas

dalam berbagai aplikasi, terutama untuk tujuan yang efisien untuk jaringan spesifik

menggunakan fungsi nanopartikel Psi[20-23], dan potensinya dibidang biomedis telah

didemontrasikan. Sebagai contoh cytocompatibility Psi telah didemonstrasikan dengan

modifikasi Psi nanopartikel dengan usus (HT-29), hati (HepG2) makrofag (RAW 264.7), dan

perut (AGS), barisan sel [24,25]. Komponen fisiko kimia Psi diantaranya ukuran partikel,

bentuk, ukuran pori, luas permukaan (>300 m2/g) tingkat porositas yang tinggi (50-80%) dan

permukaan kimia [2,26,27]. Membuat karakteristik khusus material untuk meningkatkan

solubitas pada obat terlarut yang rendah air[28-30]. Dengan demikian, idealnya untuk

mengontrol pelepasan obat [24,31,32]. Selain itu, Psi telah didemonstrasikan menjadi

biodegradebel [33-36]. Dan pembelajaran in vivo telah menunjukkan biokompatibilitasnya juga

dalam jaringan hidup [37-40]. Oleh karena itu, biosafety biomaterial yang berbeda sangat

penting untuk menjamin kesuksesan obat ke sel tujuan dengan sedikit atau tidak ada efek

samping [41]. Dalam hal ini, nano atau microtoxicology dipelajari secara luas untuk

mengevaluasi biosafety dan kemungkinan adanya efek samping yang dibawa pada kesehatan dan

organ atau jaringan yang terluka[41-44]. Meskipun sebagian besar penelitian pada toksikologi

material masih sedikit yang diketahui tentang efek struktur nano material pada jaringan jantung

[45], karena banyaknya upaya yang harus dimasukkan dalam area penelitian. Berdasarkan

penelitian kami sebelumnya tentang partikel Psi dan sebagai hasil stabilitas partikel dan

komponen fisiko kimia mereka, di samping itu, kurangnya laporan sebelumnya yang dipelajari

dengnan Psi, dan sel kardiomiosit dan jaringan jantung. Kami bertujuan untuk menguji keduanya

secara in vitro sitokompatibilitas primer sel kardiomiosit dan secara in vivo biokompatibilitas

dari ukuran berbeda hidrofobik Psi mikropartikel dan hidrofilik Psi mikro dan nanopartikel di

jaringan jantung. Psi mikro dan nanopartikel diinjeksi ke dalam miokardium tikus normal dan

juga ke dalam jantung tikus yang di serang penyakit. Dan fungsi jantung setelah injeksi di

perkirakan dengan ekokardiografi. Akibat injeksi partikel Psi intramiokardial pada tikus nilai

hematologi yang telah dianalisis. Perubahan ekspresi inflamasi dihubungkan dan gen provibroti

ke area injeksi pada jantung juga dievaluasi.di dalam respon inflamasi dan fibroti pada jaringan

diukur dengan imuno histologi.

2. Bahan dan Metode

2.1 Persiapan hidrokarbon termal silicon berpori (THCPSi) dan oksidasi termal silicon

berpori ( TOPSi) mikro dan nanopartikel.

Berdasarkan pembelajaran sebelumnya terhadap partikel Psi dan sebagai hasil partikel

yang stabil dalam larutan komponen fisikokimia, kami memilih dua ukuran berbeda

untuk THCPSi dan TOPSi mikropartikel, dan satu jenis TOPSi nanopartikel. THCPSi

dan TOPSi disiapkan secara elektrokimia sebagai gambaran lainnya [29,46,47].

Singkatnya, film Psi bebas dianoda secara elektrokimia dari monokirstali, boron

dibiuskan p+Si (100) wafer dengan resistivitas 0,01-0,02 Ω.cm mengg8nakan asam

Fluorida (38%)-etanol (EtOH) elektrolit. Untuk mikropartikel, film bebas diproduksi

menggunakan konstanta etsa sesaat. Dengan nanopartikel, multilayer fils Psi dibentuk

dengan menerapkan pengulangan pulsa rendah/tinggi pada proses etsa. Pori film diangkat

dari substrat Si dengan meningkatkan proses etsa secara tiba-tiba ke daerah

electropolishing. TOPSi nanopartikel diproduksi dengan oksidasi termal multilayer film

pada udara ambien selama 2 jam pada 300oC, diikuti dengan penggilingan basah dalam

EtOH, sehingga akhirnya pemilihan ukuran dengan sentrifugasi. Untuk menghasilkan

mikropartikel, anoda film digiling dalam keadaan kering dan kemudian partikel

dipisahkan kedalam ukuran kelas yang berbeda dengan menyaringnya diikuti dengan

sentrifugasi. Dalam kasus THCPSi, penggilingan mikropartikel diawali dengan

pembenaman kedalam larutan asam fluoride untuk dipindahkan oksidasi alami yang

dibentuk selama penggilingan dan pengeringan. Diperoleh hydrogen akhir Psi

mikropartikel yang kemudian hidroksi termal dibawah 1:1 (vol.) C2H2-N2 mengalir

selama 15 min pada suhu ruangan diikuti dengan sebuah percobaan panas selama 15 min

pada 500oC dan didinginkan kembali pada suhu ruangan dibawah aliran N2 [47].

Pemisahan ukuran diperoleh sama dengan metode saringan dan sentrifugasi untuk

gambaran TOPSi mikropartikel.

2.2. Karakterisasi Fisikokimia THCPSi dan TOPSi mikro dan nanopartikel

Permukaan kimia partikel THCPSi dan TOPSi dikarakterisasi dengan tranformasi

Fourier spektroskopi infrared (FTIR) menggunakan Mattson Galaxy 6020 (instrument

Mattson, USA) dilengkapi dengan sebuah detector dingin HgCdTe sampai -196 o

C dan

sebagai tambahan difusi dan reflektansi (Spectra-Tech Inc., USA).

Komponen berpori pada beberapa sampel Psi dikarakterisasi dengan serapan N2,

pada -196 o

C dengan sebuha Tristar 3000 (Micromeritics Inc., USA). Daerah permukaan

khusus dihitung menggunakan teori Brunauer-Emmett-Teller (BET), dan total volume

pori ditentukan dari isotherm menggunakan nilai adsorpsi pada tekanan relative

p/po=0,97. Rata-rata diameter pori dihitung dengan asumsi pori sebagai silindris dan

menggunakan BET diperoleh daerah dan volume pori.

Rata-rata ukuran THCPSI dan TOPSi mikropartikel diukur menggunakan

scanning electron microscope (SEM;Zeiss DSM 962). Sampel di suspense dalam EtOH

dan setiap tetes sampel ditambah sebuah metallic, boleh dikeringkandan dipercikan

dengan platinum sebelum pencitraan. Rata-rata ukuran TOPSi nanopartikel diukur dari

pencitraan transmission electron microscope (TEM;FEI Tecnai F12). Sampel untuk TEM

disiapkan dengan penambahan tetesan suspense nanopartikel TOPSi (siap dalam EtOH)

pada jaringan tembaga karbon dan boleh dikeringkan semalam.

2.3. Preparasi Psi mikro dan nanopartikel untuk pengujian sitotoksitas da kultur

kardiomiosit primer.

Untuk pengujian viabilitas, 10mM Hank’s seimbang larutan garam (HBSS)-4-92-

hidroksietil)-1-asam piperazineethanesulfonic (HEPES) larutan penyangga pH 7,4 yang

segar dan suspense mikro dan nanopartikel disiapkan pada konsentrasi kisaran 25-

1000µg/mL. Reagen sel kultur diperoleh dari Sigma-Aldrich, kecuali sebaliknya. Kultur

primer neonatal ventricular kardiomiosit tikus yang telah disiapkan dari 2-4 hari tikus

Wistar [48]. Binatang dikorbankan dengan pemenggalan kepala dan ventrikel

dikeluarkan dan dipotong menjadi potongan kecil. Potongan ventrikel diinkubasi pada 37

dengan digoncangkan selama 2 jam kedalam larutan yang terdiri dari 100mM NaCl, 10

mM KCl, 1,2 mM KH2PO4, 4.0 mM MgSO4, 50 mM taurine, 20 mM glukosa, 10 mM

HEPES, 2mg/ml kolagen tipe 2 (Worthington, Lakeword), 2 mg/mL pancreatin dan 1%

penicillin-streptomycin (PS.Gibco). Setelah inkubasi dilepaskan sel dikumpulkan

kedalam 15 mL tabung dan sentrifugasi selama 15 min pada 160 x g. Supernatan dan

lapisan atas butiran terdiri dari sel yang rusak yang dibuang dan diisolasi suspensi

kardiomiosit dalam Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM)/F12 medium

kultur(Gibco) terdiri dari 2,5 mM L-glutamine, suplemen 1% PS dan 10% serum bovine

(Gibco). Sel sebelum dilapisi selama 30-60 min pada diameter 10 cm plat sel kultur, dan

kardiovaskuler yang tidak terikat yang dikumpulkan pada medium. Jumlah sel yang

dapat dihitung dengan bantuan mikroskop cahaya dalam wadah. Kardiomiosit ditanam

dalam plat-96 pada kerapatan 5x10^5 sel. Berdasarkan uji yang digunakan. Setelah 24

jam inkubasi, medium diganti dengan medium bebas dengan serum yang lengkap

(DMEM/F12, 2.5mg/mL bovine serum albumin, 1µM insulin, 2.5 mM L-glutamin, 32

nM selenium, 2.8 mM sodium piruvat, 5.64 µg/mL transferrin, 1nM T3, dan 100 IU/mL

PS). Sel dikultur selama 24 jam sebelum diuji. Suhu pada ruangan kultur yaitu 37 o

C

dengan 5% CO2 dan 95% udara atmosfer.

2.4 uji viabilitas sel

Pada penelitian ini, sel aktif metabolisme dikuantifikasi berdasarkan jumlah ATP

yang dihasilkan oleh sel ( Cell-Gio® uji viabilitas sel luminescence, promega ). Oleh

karena itu, jumlah ATP berbanding lurus dengan sel kultur. Setelah kardiomiosit primer

terpasang pada plat 96, plat dicuci dua kali dengan 100 µl- 10 mM HBSS-HEPES

(pH- 7,4). Setelah dicuci, 100 µl suspense PSi (in HBSS). Pada konsentrasi 25 -1000

µg/ml. ditambahkan ke setiap plat. Sel kemudian diinkubasi pada suhu 37 o

C selama 3

jam. Setelah inkubasi, plat dicuci dua kali dengan HBSS untuk menghilangkan kelebihan

partikel dan lempeng yang diseimbangkan pada suhu ruangan selama 30 menit. Setelah

itu, uji reagen ditambahkan ke setiap plat. Positif ( larutan 1% triton X-100) dan negatif (

10 mM larutan HBSS- HEPES ) yang dikontrol telah digunakan seperti yang dijelaskan

sebelumnya. Luminescence diukur dengan menggunakan varioscan flash multimode

reader ( thermo fisher scientific ). Semua eksperimen telah dilakukan setidaknya 3 kali.

2.5 Suntikan partikel ke dalam jantung

Sekitar 8 minggu tikus jantan yang beratnya 200- 300 gram yang dibius dengan

hidroklorida medetomidine dan hidroklorida ketamine. Sebuah torakotomi kiri dan

sayatan verikardial dibentuk untuk memperlihatkan jantung dan injeksi tunggal yang

dibawa dalam (100 µL larutan penyangga fosfat, PBS (sigma) untuk mikro partikel Topsi

dan THCPSi; 100 µL, PBS/Etanol 3.6 % untuk nanopartikel Topsi) untuk mikropartikel

dan nanopartikel (mikropartikel Topsi 500 µg di dalam 100 µ larutan PBS: mikropartikel

THCPSi 500 µg dalam 100 µl PBS/10 % etanol dan nanopartikel Topsi 200 µg dalam

100 µl PBS/etanol 3,6 % telah disuntikan langsung ke dalam dinding arteri bagian

ventrikel kiri (LV) menggunakan jarum suntik presisi Hamilton. Jarum suntik yang

dimasukkan ke dalam salah satu dinding LV yang bebas kemudian perlahan-lahan solusi

diinjeksi menggunakan jarum suntik. Jantung yang direposisikan , tikut yang sedikit

hiperventilasi dan sayatan yang ditutup. Setelah operasi, anesthesia sebagian diantagonis

dengan hidroklorida atipamezole. Untuk analgesia pasca operasi, hidroklorida

buprenorphine dua kali sehari dan karprofensekali sehari selama tiga kali digunakan.

Dalam seminggu atau 4 minggu pasca injeksi ekokardiografi akan dilakukan. Tikus yang

telah didekapitasi dan jaringan tertentu telah dikumpulkan untuk analisis lebih lanjut.

2.6 model eksperimental infark miokard (MI)

Akut MI diproduksi oleh ligase LAD (menurunnya anterior kiri) ketika

hidroklorida medetomidin dan anestasia ketamin hidroklorida seerti yang dijelaskan

sebelumnya. Tikus yang terhubung ke respirator melalui tracheostomy dan berventilasi

pada tingkat 55-60 napas/menit. Sebuah torakotomi kiri dan sayatan pericardial

ditunjukkan dan LAD diikat sekitar 3 mM dari asalnya . Setelah dikasih LAD jantung

direposisiskan di dada dan sayaan tersebut ditutup. Efek anesthesia yang diantagonis

dengan hidroklorida atipamezol dan tikus yang terhidrasi dengan 5 mL larutan garam

fisiologis. Hidroklorida buprenorfin 0,1 mg/kg dua kali sehari dan karprofen 5 mg/kg

sekali sehari diberikan selama 3 hari sebagai analgesia pasca operasi. Tikus-tikus sham

yang dioperasikan menjalani prosedur bedah yang sama tapa ligasi LAD. Partikel Topsi

7 µm atau 110 nm disuntikkan ke dinding anterior LV sebelum ligasi LAD partikel Topsi

yang dikirim ke jantung di operasikan menggunakan teknik tanpa ligasi LAD. Setelah

seminggu, pasca infark ekokardiografi yang dilakukan tikus yang di dekapitasi dan

jaringan khusus yang dikumpulkan untuk analisa lebih lanjut.

2.7 pengukuran ekokardiografi

Ekokardiografi transthoracic dilakukan menggunakan system aucson dan

transduser linear 15-MHz. sebelum pemeriksaan, tikus dibius dengan ketamine dan

xylazine. Dengan menggunakan dua dimensi pencitraan, diperoleh sumbu pendek LV

pada tingkat otot papiler dan M-mode depan dua dimensi dan diperoleh dinding posterior

LV. Dimensi LV akhir sistolik dan diastolik memiliki ketebalan septum interventrikular

dan dinding posterior yang diukur dari penelusuran M-mode. LV fractional shortening

(FS) dan ejection fraction (EF) dihitung dari dimensi M-mode LV menggunakan

persamaan (1) dan (2) :

Di mana LVEDD adalah diameter ventrikel kiri diastolik akhir dan LVESD merupakan

diameter ventrikel kiri sistolik akhir. Rata-rata, tiga pengukuran tiap variabel digunakan.

Semua pengukuran ekokardiografi dilakukan oleh ahli sonogram buta yang terampil

terhadap perawatan.

Setelah proses ekokardiografi, hewan-hewan itu akan dieutanasia dengan

memenggal kepalanya. Sampel darah dikumpulkan lalu jantung dipindahkan dan

ditimbang. Daerah injeksi, pada bagian tengah jantung digunakan untuk analisis

histologis dan intinya direndam dalam cairan nitrogen dan disimpan pada suhu -70 ºC

untuk analisa lebih lanjut.

2.8. Analisis Hematologi

Sampel darah diambil ketika pemenggalan kepala hewan tersebut. Darah

dikumpulkan pada tabung asam yang berisi sodium ethylenediaminetetra-asetat, serta sel

darah merah dan sel darah putih (RBC, WBC) akan diukur. Penentuan tingkat

hemoglobin (HGB), hematokrit (HCT), rata-rata hemoglobin corpuscular (MCH), lebar

distribusi sel darah merah (RDW), trombosit (PLT), rata-rata trombosit (MPV), rata-rata

konsentrasi hemoglobin corpuscular (MCHC), rata-rata volume selular (MCV) dan

distribusi sel darah putih (NEU, neutrofil, LYM, limfosit, MO, monosit, EO, eosinophil,

BA,basofil) dilakukan dengan sel-Dyn Sapphire (Abbott).

2.9. Imunohistokimia

Setelah mengorbankan hewan tersebut, jantung akan dipindahkan dan di transfer

ke bagian tengahnya yang difiksasi ke dalam 10% formalin buffer netral selama 1-2

hari, lalu ditanam dalam parafin, potong menjadi 5μm bagian dari daerah injeksi. Untuk

mengevaluasi keberadaan mikro atau nanopartikel dan respon inflamasi, fiksasi formalin

bagian-penanaman parafin di deparafinisasi dalam xylene dan dehidrasi dalam EtOH dan

diwarnai dengan hematoxylin dan eosin (H & E). Implamasi diukur dari pewarnaan H &

E dengan mengevaluasi ukuran implamasi jaringan granula yang bersifat negatif atau

positif, sedikit inflamasi atau tidak adanya inflamasi dianggap bersifat negatif, substansi

inflamasi dianggap bersifat positif. Teknik trichrome Masson digunakan untuk

menentukan tingkat fibrosis (area fibrosis / luas total LV) di LV dengan menggunakan

Nikon NIS-

3.2 software. Analisis Immunohistological dibentuk dengan menggunakan

mikroskop cahaya (Nikon Eclipse 50i).

2.10. Analisis ekspresi gen

Total RNA dari jaringan jantung apikal diisolasi oleh Metode guanidin

thiocyanate-CsCl. Untuk kuantitatif Real-Time Polymerase Chain Reaction (RT-PCR)

analisis, cDNA disintesis dari RNA total dengan Sintesis Kit Pertama-Strand cDNA (GE

Healthcare Life Sciences) mengikuti system yang semestinya. RNA dianalisis dengan

RT-PCR pada ABI 7300 dengan urutan sistem deteksi (Terapan Biosystems)

menggunakan kimia TaqMan. Hasil dikuantifikasi dengan menggunakan Metode DDCT

dan dinormalisasi untuk gen 18S dari sampel yang sama untuk memperbaiki variasi

potensial dalam sampel beban. Langkah sebelum dan sesudah primer serta probe

fluorogenik untuk deteksi RNA ditunjukkan dalam Tabel S1.

2.11. Statistik

Hasil statistik dinyatakan sebagai rata ± standard error darirata-rata tersebut

(SEM). Analisis statistik dibentuk dengan menggunakan SPSS versi 19.0.0.1 (SPSS Inc,

Chicago, IL, USA) dan GraphPad Prism versi 5.00 (GraphPad Software, San Diego,

California, USA). untuk menentukan perbedaan statistik antara dua kelompok, digunakan

sampel yang diuji. Untuk beberapa perbandingan, statistik signifikansi

dievaluasi oleh satu cara ANOVA, yang diikuti oleh uji

LSD. Untuk evaluasi tingkat peradangan dan

jaringan granulasi yang disebabkan oleh injeksi mikro / nanopartikel, menggunakan uji

eksak Fisher. Nilai probabilitas * p <0,05, ** p <0,01 dan *** p <0,001 dianggap

signifikan secara statistik.

2.12. etika

Semua protokol eksperimental dengan hewan telah disetujui oleh komite peduli Hewan dan

Komite Perawatan dari University Oulu dan Daerah Tata Usaha Negara

Badan Finlandia Selatan,sesuai dengan Panduan untuk Perawatan dan Penggunaan

Hewan Laboratorium yang telah diterbitkan oleh US National Institutes of Health.

3. Hasil dan diskusi

3.1 Karakteristik fisikokimia mikro dan nanopartikel THCPSi dan TOPSi

Karakteristik struktur partikel THCPSi dan TOPSi ditentukan dengan menggunakan N2 ,

dan hasil ditunjukan pada gambar 1 Tabel 1 menunjukan tampilan SEM mikropartikel

THCPSi dan TOPSi dan tampilan TEM nanopartikel TOPSi. Secara umum, mikro dan

nanopartikel ditunjukan sebagai bentuk yang tak teratur, dengan rata-rata 7 dan 19 µm

untuk mikrpartikel THCPSi, 7 dan 17 µm untuk mikropartikel TOPSi, dan 110 nm untuk

nanopartikel TOPSi.

Struktur kimia permukaan partikel THCPSi dan TOPSi dievaluasi dengan FTIR

(Gambar 2). Spektrum FTIR partikel THCPSi menunjukan beberapa fitur berbeda,

seperti simetri dan asimetri rentang ikatan CH2 dan CH3 antara 2860 dan 2970 /cm. pita

C-H rentang pada 3055 /cm juga mendekati sepanjang cahaya tampak, menuju vibrasi

pita Si-C=C. Sekain itu, absorpsi pita berpusat di 1000/cm ialah karakteristik untuk

THCPSi[52]. Partikel TOPSi ditunjukan pada bagan yang menunjukan vubrasi regangan

Si-O antara 1000 dan 200/cm memperkuat oksidasi termal partikel. Selain itu,

karakteristik vibrasi regangan v(O3Si-H) pada 2270/cm yang diamati, menindikasikan

sisa hidrida Si pada permukaan utama oksidasi tulang belakang. Pita bahu pada 3740/cm

menindikasikan kehadiran jenis Si-OH, juga memperkuat percobaan oksidasi termal

partikel TOPSi.

3.2 Viabilitas Sel

Studi secara in vitro/mikrotoksikologi sangat penting dalam memprediksikan

biosafety pembawa. Berdasarkan studi kita sebelumnya dengan partikel Psi dan sebagai

hasil stabilitas partikel dan komponen fisikokimianya, kita mengevaluasikan sitotoksitas

dalm ukuran berbeda mikropartikel dan nanopartikel THCPSi dan TOPSi, dan satu tipe

nanopartikel TOPSi [26,31,39,55]. Viabilitas kardiomiosit primer dikalkulasikan

kedalam aktivitas metabolismenya. Dengan mengukur produksi ATP pada mikropartikel

THCPSi dan TOPSi, maupun nanopartikel TOPSi, menggunakan luminesen (gambar 3A)

[46,53]. Setelah 3 jam inkubasi dengan kardiomiosit primer, rendahnya konsentrasi

mikropartikel THCPSi tidak menginduksi toksisitas spesifik dengan tinggi dan

ketergntunga konsentrasi ATP diamati pada semua konsentrasi partikel. Untuk konsentri

tertinggi, secara statistic mengurangi kandungan ATP sebesar 85% untuk THCPSi 7µm

(p<0,05) juga mengurangi kandungan ATP yang diamati untuk kedua konsentrasi

tertinggi THCPSi 19µm (p<0,01 dan p>0,0001), yang memunculkan ketergantungan

konsentrasi, lebih umum pada konsentrasi lebih tinggi. Akibat ketergantungan ukuran

partikel yang diamati pada TOPSi 7 dan 17µm pada konsentrasi yang dipelajari, dimana

partikel lebih besar menunjukan berkurangnya toksisitas sel daripada sel yang lebih kecil.

3.2. sel viabilitas nano in vitro / studi microtoxicology sangat penting untuk memprediksi biosafety dari operator.

Berdasarkan studi kami sebelumnya dengan partikel PSi, dan sebagai hasil dari stabilitas partikel dan sifat fisikokimia, kami mengevaluasi sitotoksisitas dalam dua ukuran yang berbeda dari mikropartikel THCPSi dan Topsi, dan salah satu jenis Nanopartikel Topsi. Kelangsungan hidup dari kardiomiosit primer dihitung dengan mempertimbangkan metabolisme aktivitasnya, dengan mengukur produksi ATP yang ada pada mikropartikel THCPSi dan Topsi, serta nanopartikel Topsi, dengan menggunakan pengujian berbasis luminescence (Gbr. 3A) [46,53]. Setelah 3 jam waktu inkubasi dengan kardiomiosit primer, konsentrasi yang lebih rendah dari THCPSi mikropartikel tidak menginduksi toksisitas sacara signifikan, Dengan ATP yang sangat tinggi dan konsentrasi yang diamati bergantung untuk semua konsentrasi partikel. pada Untuk konsentrasi tinggi, penurunan statistik secara signifikan dari ATP hingga 85% untuk THCPSi 7 mm (p <0,05). Juga, penurunan statistic secara signifikan dari ATP yang diamati untuk dua konsentrasi tertinggi THCPSi 19 µm (p <0,01 dan p <0,001). mikropartikel Topsi memicu penurunan statistik secara signifikan pada sel ATP (p <0,01 dan p <0,001), yang bergantung terhadap konsentrasi,terlihat lebih jelas pada konsentrasi yang lebih tinggi. Efek partikel tergantung pada ukuran yang diamati untuk Topsi 7 dan 17 µm brdasarkan konsentrasi percobaan, di mana partikel yang lebih besar kurang tertoksisitas ke sel-sel lain dibandingakan partikel yang lebih kecil. Pengujian yang sama juga dilakukan dengan nanopartikel Topsi (Gambar. 3B). Secara umum, nanopartikel Topsi telah terbukti kurang beracun dari mikropartikel Topsi dalam kardiomiosit primer, sesuai dengan studi sebelumnya, walaupun sel lainnyajuga digunakan. Pekerjaan kami sebelumnya menunjukkan bahwa partikel Topsi dalam berbagai ukuran antara 1-25 µm yang ditemukan dapat menginduksi efek toksik lebih besar di Caco-2 dan RAW 264.7 sel makrofag, dibandingkan dengan nanopartikel Topsi [29]. Ditemukan bahwa ukuran dan Bentuk dapat mempengaruhi rute internalisasi partikel oleh sel, serta interaksinya terhadap dinding sel. Ukuran yang berbeda dan bentuk yang tidak teratur lebih diperlihatkan oleh mikropartikel Topsi dibandingkan dengan nanopartikel Topsi, yang memiliki kecenderungan untuk menjadi lebih bulat, juga dapat memberikan penjelasan untuk tingkat perbedaan toksisitas yang diamati [54].hal ini harus diperhitungkan bahwa kardiomiosit primer memiliki kondisi kepekaan unggul yang lebih keras dibandingkan dengan sel garis selanjutnya.

Secara umum, semua bahan penelitian, mikropartikel THCPSi dan Nanopartikel Topsi

mengandung sedikit racun terhadap kardiomiosit primer.

3.3. Pengaruh THCPSi dan mikro dan nanopartikel Topsi terhadap parameter hematologi

biokompatibilitas in vivo THCPSi dan mikro Topsi dan nanopartikel telah dievaluasi dengan

menyuntikkan partikel ke dalam miokardium dari tikus. Sampel darah dari tikus yang terkontrol dan

nano / mikropartikel tikus disuntikkan dikumpulkan selama pemenggalan kepala pada satu minggu

pasca injeksi, dan hematologi denganparameter yang diukur. Tidak ada perubahan secara signifikan

pada kadar hemoglobin (HGB), trombosit (PLT) dan jumlah sel darah putih (WBC) ketika

membandingkan THCPSi atau TOPSi untuk injeksihewan dengan tingkat kontrol yang diobati (Tabel2).

Demikian pula, tidak ada Perbedaan dalam distribusi WBC (NEU, LYM, MO, EO, BA) yang terlihat antara

hewan kontrol dan hewan partikel-yang disuntikkan kecuali jumlah eosinofil, yang secara signifikan

menurun (81%, p <0,05) setelah penyuntikan intramyocardial dari Topsi 7 mm

(Tabel 3). Tidak ada perbedaan antara THCPSi- atau Topsi-yang disuntikkan pada tikus

dan hewan yang dikontrol dan dirawat terlihat pada hematokrit (HCT), berarti hemoglobin corpuscular

(MCH), lebar distribusi sel darah merah (RWD), rata-rata volume platelet (MPV), rata-rata konsentrasi

hemoglobin sel hidup (MCHC) dan volume seluler (MCV) nilai rata-rata

(Informasi Tambahan Tabel S2).

3.4. Fungsi jantung setelah suntikan THCPSi dan Topsi ke dalam miokardium yang normal

Untuk mempelajari efek dari THCPSi dan mikro Topsi dan nanopartikel pada fungsi jantung

setelah diinjeksi ke dalam miokardium, fungsi jantung menggunakan echocardiography pada 7 hari atau

4 minggu pasca injeksi, sebelum memenggal kepala hewan. THCPSi 7 dan 19 mm dan mikropartikel

Topsi 7 dan 17 mm yang disuntikan tidak berpengaruh pada fungsi sistolik LV (fraksi ejeksi atau

shortening pecahan) pada satu minggu atau 4 minggu dibandingkan dengan kontrol hewan yang disuntik

(Gbr. 4A dan B). Fraksi ejeksi LV (11%) dan shortening pecahan (13%) sedikit meningkat pada satu

minggu dalam menanggapi suntikan partikel Topsi 110 nm (Gbr. 4A dan B). output jantung , volume

stroke, denyut jantung, massa LV dan hati-berat-tobody- rasio berat THCPSi atau Topsi partikel-

disuntikkan pada hewan yang mirip dengan kontrol diperlakukan pada kelompok (Gambar. 4 dan 5)

Hal 4

perubahan berat badan selama periode follow-up tidak diamati (Informasi Tambahan Gambar. S1).

Secara keseluruhan, baik THCPSi atau Topsi mikropartikel mengubah fungsi jantung setelah suntikan

langsung ke dalam miokardium hati tikus normal, sedangkan Topsi nanopartikel sedikit meningkat fungsi

sistolik LV.

3.5. Fungsi jantung setelah Topsi suntikan ke dalam miokardium dari

hati tikus infark Dalam rangka untuk mengecualikan kedua efek menguntungkan atau merugikan dari

Partikel Topsi ke fungsi jantung setelah MI akut, serta mengevaluasi apakah partikel Topsi dapat menjadi

biomaterial yang berguna dalam MI eksperimental, ligationwas LAD dilakukan segera setelah suntikan

partikel intramyocardial. Ligasi LAD menyebabkan statistik penurunan yang signifikan dalam fraksi ejeksi

(Gambar. 6A) dan shortening pecahan (Gbr. 6B) dalam hubungannya dengan injeksi Topsi 7 mm selama

satu minggu tindak lanjut. Kecenderungan yang sama adalah diamati dengan Topsi 110 suntikan nm

partikel, meskipun perubahan tidak signifikan secara statistik (Gambar. 6A dan B). jantung tingkat tidak

berubah sebagai akibat salah satu tersebut perawatan (Gambar. 6C). Seperti yang diharapkan, rasio

berat hati-berat-untuk-tubuh sedikit meningkat, ketika membandingkan hati infark ke hati sham-

dioperasikan baik dalam Topsi 7 mm dan 110 nm tikuspartikel-disuntikkan (Gbr. 6D). Dengan demikian,

pengobatan miokard dengan Partikel Topsi tidak melemahkan perubahan fungsional setelah MI di tikus,

menunjukkan bahwa jenis biomaterial dapat digunakan dalam model MI eksperimental.

3.6. analisis Immunohistological

Bagian histologi dibuat dari THCPSi dan Topsi mikro dan nanopartikel-disuntikkan hati tikus dan

diwarnai dengan H & E untuk peradangan dan dengan trichrome Masson untuk fibrosis. pada satu

Minggu titik waktu, fibrosis di THCPSi dan Topsi mikro / hati nanopartikel-disuntikkan tidak berbeda

secara signifikan dari hati kontrol (Tabel 3 dan Gambar 7A.). Di sisi lain, peningkatan peradangan pada

miokardium setelah injeksi THCPSi 7 mm mikropartikel yang diamati, sementara hanya inflamasi kecil

reaksi terlihat pada kontrol atau THCPSi 19 mm dan Topsi diperlakukan bagian jaringan jantung (Tabel 3

dan Gambar. 7B). Partikel disuntikkan ke dalam miokardium dari hati tikus yang diamati dalam jaringan

bagian satu minggu pasca suntikan. Pada bagian jaringan jantung disuntikkan THCPSi 7 dan 19 mm,

partikel merupakan berbeda zona, sementara hanya beberapa partikel yang tidak larut yang terpisah

bisa diamati pada Topsi 7 mm, 17 mm dan 110 nm disuntikkan bagian satu minggu pasca-suntikan (Gbr.

7B). Yang menunjukkan stabilitas yang lebih baik

partikel THCPSi di miokardium....