Nanoestrelas de Ouro Revestidas com PEG: Um Agente Seguro e de Alto Contraste para Imagem por TC com Eliminação Renal Rápida

Resumo

Nanoprobes de ouro estão surgindo como ferramentas transformadoras para diagnóstico de doenças em tomografia computadorizada (TC). Comparados a agentes de iodo de pequenas moléculas, nanopartículas oferecem detecção in vivo superior devido à sua maior área de superfície e propriedades físico-químicas ajustáveis. Aqui relatamos a síntese de nanoestrelas de ouro funcionalizadas com polietileno glicol (PEG) (AuNS@PEG) que exibem alto coeficiente de absorção de massa de raios-X, tamanho ultrapequeno, eliminação metabólica eficiente e excelente biocompatibilidade. Exames de TC in vivo confirmam que AuNS@PEG fornecem aumento robusto de contraste, posicionando-os como promissores agentes de contraste de próxima geração.

Introdução

A última década viu avanços rápidos na tecnologia de nanopartículas (NPs) para aplicações biomédicas, impulsionados por materiais diversos e altas razões superfície-volume. NPs de ouro (Au), em particular, são valorizadas por sua química inerte, biocompatibilidade e alto número atômico, tornando-as ideais para atenuação de raios-X. Meios de contraste iodados convencionais — pequenas moléculas orgânicas como ácido diatrizoico (DTA) e iohexol (Omnipaque) — fornecem janelas de imagem de curta duração e apresentam risco de toxicidade renal, especialmente em pacientes com função renal comprometida. Agentes baseados em nanopartículas podem estender o tempo de imagem, reduzir nefrotoxicidade e melhorar a eficiência do contraste, como demonstrado por nanomateriais de Au e Ag em estudos recentes.

A nanoestruturação do ouro em formato de estrela aumenta a área de superfície efetiva, amplificando a atenuação de raios-X por unidade de massa. A funcionalização com PEG melhora ainda mais a dispersibilidade aquosa, reduz a adsorção de proteínas e facilita a eliminação renal, abordando desafios-chave de toxicidade e biodistribuição de nanopartículas.

Métodos

Todos os protocolos experimentais foram aprovados pelo Comitê de Ética Regional, Universidade Médica de Jinzhou, Província de Liaoning, China.

Materiais e Instrumentos

Reagentes foram obtidos da Sigma-Aldrich (St. Louis, MO) e usados como recebidos, a menos que indicado otherwise. AuNS@PEG foram caracterizados por microscopia eletrônica de transmissão (MET), espectroscopia de raios-X dispersiva em energia (EDX), espectroscopia de fotoelétrons de raios-X (XPS), espectroscopia UV-vis, espalhamento dinâmico de luz (DLS) e ensaios de viabilidade MTT.

Síntese de Nanopartículas de Nanoestrelas de Au/PEG (AuNS@PEG)

Crescimento mediado por sementes produziu sementes de Au de 10 nm via redução de HAuCl₄ em água, seguido por injeção de oleilamina e purificação subsequente. Nanoestrelas de Au (≈50 nm) foram cultivadas pela mistura de AgNO₃ e ácido ascórbico com solução de sementes de ouro, depois passivadas com PEG tioilado (6 kDa) em excesso. Os AuNS@PEG finais foram purificados por centrifugação/redispersão repetidas e armazenados em água.

Cultura Celular e Exposição

Neuroglia primária de medula espinhal de rato foi cultivada em DMEM suplementado com 10% FBS, 100 U mL⁻¹ penicilina e 100 µg mL⁻¹ estreptomicina. Células foram expostas a AuNS@PEG (50–1000 ppm) por 2 h; controles receberam apenas meio.

Animais e Tratamento

Ratos Sprague-Dawley machos (180–200 g) foram mantidos em condições padrão. Dois grupos foram estabelecidos: controle (injeção intravenosa de PBS) e teste (200 µg mL⁻¹ AuNS@PEG). Após injeção, ratos foram monitorados e sacrificados em pontos de tempo específicos para coleta de tecidos.

Ensaio de Viabilidade Celular

Neuroglia foi semeada a 1 × 10⁴ células mL⁻¹ em placas de 96 poços e tratada com AuNS@PEG (0–1000 ppm). Após 24 h, um ensaio MTT quantificou a atividade metabólica; absorbância foi lida a 490 nm.

Citometria de Fluxo

Apoptose foi avaliada usando coloração annexin V-APC/7-AAD após 2 h de exposição a AuNS@PEG, seguida por análise em BD FACSCanto II.

Imagem por TC

TC in vivo foi realizada em scanner GE de 128 fileiras (120 kV, 100 mA, espessura de fatia 0,625 mm). Imagens foram adquiridas pré-injeção e em 0,5, 1, 2, 6 e 24 h pós-injeção.

Análise Histológica

Coração, fígado, rim, baço, pulmão e intestino foram fixados, seccionados e corados com H&E para avaliação morfológica.

Avaliação da Função Renal

Urécia sérica, creatinina, β₂-MG e CO₂ foram medidos antes e 24 h após injeção para avaliar nefrotoxicidade.

Análise Estatística

Dados são apresentados como média ± DP. ANOVA one-way com teste post-hoc de Tukey (p < 0,05) foi usado para avaliar significância.

Resultados e Discussão

Síntese e Caracterização de Nanopartículas AuNS@PEG

Imagens de MET (Fig. 1a) confirmam morfologia uniforme em forma de estrela com diâmetro médio de ~50 nm. Espectros de EDX (Fig. 1c) e XPS (Fig. 1b) verificam a presença de Au e PEG na superfície da nanopartícula, confirmando funcionalização bem-sucedida.

Valor de TC das Nanopartículas AuNS@PEG

AuNS@PEG exibem atenuação de TC maior que iodo em concentrações equivalentes (Fig. 2a). A relação linear entre valor de TC (HU) e concentração de Au (Fig. 2b) demonstra contraste de imagem previsível.

Ensaio Citotóxico

Ensaios MTT mostram >90% viabilidade celular a 1000 ppm, sem citotoxicidade significativa até 200 ppm (Fig. 3a). Citometria de fluxo confirma apoptose negligenciável em todas as concentrações testadas (Fig. 3b).

Imagem por TC In Vivo e Biodistribuição

Injeção intravenosa (200 ppm) produziu realce renal claro, com valores HU de pico no rim subindo de 95 para 464 HU dentro de 2 h (Fig. 4). Exames de TC subsequentes mostram eliminação progressiva, com visualização completa da bexiga em 24 h, confirmando excreção renal eficiente.

Coloração H&E

Histologia de coração, fígado, baço, pulmão, rim e intestino após 24 h não revelou patologia discernível ou nanopartículas residuais (Fig. 5).

Estudo da Função Renal de Nanopartículas AuNS@PEG

Marcadores séricos (uréia, creatinina, β₂-MG, CO₂) medidos 24 h pós-injeção não mostraram mudanças significativas comparados ao baseline, indicando nenhuma disfunção renal (Tabela 1).

Conclusões

Nanoestrelas de ouro revestidas com PEG de ~50 nm de diâmetro exibem alta atenuação de raios-X, excelente biocompatibilidade e rápida eliminação renal. Seu perfil de segurança favorável e desempenho superior de contraste tornam-nos fortes candidatos para imagem clínica por TC, oferecendo alternativa mais segura a agentes iodados.