rGO Modificado por HBP Hidrofílico Permite Liberação DOX Duplamente Acionada pH/NIR para Quimio-Fototermia Sinérgica de Tumor

Resumo

Relatamos rota fácil sintetizar óxido grafeno reduzido hidrofílico (NrGO) reduzindo óxido grafeno (GO) com polímero hiperramificado amino-terminado (NHBP). NrGO exibe excelente dispersibilidade aquosa, forte absorção infravermelho próximo (NIR), conversão fototérmica eficiente e estabilidade química. Carregando agente quimioterápico doxorrubicina (DOX) sobre NrGO resulta transportador fármaco duplamente responsivo que libera DOX mais rapidamente sob condições ácidas tumorais ou sob irradiação laser NIR. Estudos in vitro confirmam NrGO biocompatível, e DOX@NrGO atinge inibição superior células tumorais comparado DOX livre, demonstrando sinergia quimio-fototérmica efetiva. Estes achados destacam DOX@NrGO como plataforma promissora para terapia câncer combinada e outras aplicações biomédicas.

Introdução

Fototerapia fototérmica infravermelho próximo (NIR) (PTT) emergiu como estratégia minimamente invasiva tratamento câncer porque luz NIR (700–1100 nm) penetra tecido com baixa absorção, poupando células saudáveis enquanto permite aquecimento localizado. Para PTT, agente terapêutico deve combinar alta eficiência conversão fototérmica, boa biocompatibilidade e estabilidade coloidal ambientes aquosos.

Materiais baseados grafeno atraíram atenção como agentes PTT devido sua estrutura bidimensional, grande área superficial e propriedades ópticas ajustáveis. Porém, rGO convencional produzido via métodos químicos ou hidrotérmicos frequentemente retém caráter hidrofóbico, limitando aplicabilidade sistemas biológicos.

Abordamos esta limitação empregando polímero hiperramificado amino-terminado redutor solúvel água (NHBP) converter GO em rGO hidrofílico, estável (NrGO). Trabalho prévio demonstrou capacidade NHBP funcionalizar nanopartículas metálicas preservando dispersibilidade.

Além disso, carregar fármacos citotóxicos sobre transportadores fototérmicos pode sinergizar quimioterapia com PTT, pois calor não apenas abla células tumorais mas também acelera liberação fármaco. Aqui descrevemos síntese rGO modificado NHBP, suas propriedades fototérmicas, carregamento DOX, liberação fármaco acionada pH/NIR e resultante eficácia quimio-fototérmica contra células HeLa.

Materiais e Métodos

Materiais

Óxido grafeno (GO, 0,8–1,2 nm espessura, 0,5–5 µm largura) obtido XFNANO Co., Ltd. Doxorrubicina (DOX) comprada HuaFeng United Technology Co., Ltd. Meio Dulbecco modificado Eagle (DMEM), soro fetal bovino (FBS), tripsina, penicilina (100 U/mL), estreptomicina (100 µg/mL) fornecidos Thermo Fisher Scientific. MTT, DAPI, reagentes PI de Beyotime Biotechnology. Todos outros reagentes grau analítico Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd.

Preparação Polímero Hiperramificado Amino-Terminado (NHBP)

Polímero hiperramificado amino-terminado (NHBP) sintetizado seguindo protocolo prévio. Brevemente, tetraetilenopentamina (94 mL, 0,5 mol) agitada sob nitrogênio em balão três-gargalos 250 mL. Solução metanol acrilato metila (43 mL, 0,5 mol) adicionada gota a gota, mistura aquecida e resfriada alternadamente, seguida 4 h agitação temperatura ambiente. Produto isolado evaporação rotativa 150°C, resultando polímero viscoso amarelado peso molecular médio ~7759.

Preparação GO Reduzido NHBP (NrGO)

GO disperso água desionizada e ultrassom com NHBP razões peso 1:10, 1:20, 1:30 por 10 min, então agitado 90°C por 1 h. Suspensões resultantes (NrGO-10, NrGO-20, NrGO-30) centrifugadas e lavadas três vezes água.

Preparação DOX-Carregado NrGO (DOX@NrGO)

Suspensão NrGO misturada solução DOX razão peso 1:1 e agitada temperatura ambiente 24 h. Compósito coletado centrifugação e lavado obter DOX@NrGO.

Caracterização e Medidas

Microscopia eletrônica transmissão (TEM, JEOL JEM-2100) usada examinar morfologia. Espectroscopia infravermelho transformada Fourier (FTIR, Nicolet iS10) registrada 400–4000 cm⁻¹ (resolução 4 cm⁻¹). Potencial zeta e tamanho hidrodinâmico medidos analisador NanoBrook 90plus Zeta. Absorção UV-vis-NIR (400–900 nm, resolução 1 cm⁻¹) registrada Thermo Fisher Evolution 300. Desempenho fototérmico avaliado usando laser 808-nm (SFOLT Co.) e termômetro termopar (DT-8891E). Amostra (0,2 mL) em ponto 0,25 cm² irradiada 1 W cm⁻² por 5 min, mudanças temperatura registradas tempo real.

Ensaio Liberação Fármaco

DOX@NrGO colocado bolsa diálise (PMCO 8000) contendo PBS (pH 7,4 ou 4,0) incubado 37°C com agitação 100 rpm. Grupo NIR, bolsa irradiada 5 min após cada ponto amostragem. Cada intervalo, 10 mL PBS retirado, reposto tampão fresco, concentração DOX determinada espectrofotometria UV-vis.

Citotoxicidade Celular e Avaliação Quimio-Fototérmica

Células HeLa semeadas 5×10³ células poço placas 96-poços incubadas até ~80% confluência. Células tratadas NrGO (3,125–50 µg mL⁻¹) 24 e 48 h, viabilidade medida ensaio MTT Equação (1). Após 4 h incubação DOX@NrGO (3,125–50 µg mL⁻¹), células HeLa irradiadas laser 808-nm (0,5 W cm⁻²) 5 min e cultivadas adicional 20 h. Viabilidade avaliada MTT, morfologia celular examinada coloração DAPI e PI sob microscopia confocal.

Viabilidade celular (%) = (OD_amostra / OD_controle) × 100%.

Resultados e Discussão

Caracterização Físico-Química

Redução GO com NHBP transformou suspensão marrom em solução preta dispersível água, confirmando conversão bem-sucedida. Imagens TEM mostram NrGO-30 mantém estrutura monocamada sem agregação, indicando NHBP não perturba morfologia grafeno. Espectros FTIR revelam desaparecimento pico 1725 cm⁻¹ C=O GO e aparecimento sinal 1633 cm⁻¹ C–N amida, confirmando ancoragem covalente NHBP. Medidas potencial zeta demonstram mudança negativo (GO) para valores positivos (NrGO), apoiando funcionalização superfície. Espectros UV-vis-NIR exibem forte absorção janela NIR todas amostras NrGO, enquanto GO e NHBP sozinhos mostram resposta NIR desprezível. Tamanho hidrodinâmico permanece consistente diferentes razões NHBP, indicando estabilidade tamanho.

Propriedades Fototérmicas

Sob irradiação 808-nm, água mostrou aquecimento desprezível, enquanto GO elevou <5°C. Em contraste, amostras NrGO atingiram 40–45°C a 200 µg mL⁻¹, com maiores razões NHBP produzindo maiores elevações temperatura. Temperatura subiu proporcionalmente concentração NrGO e potência laser, atingindo janela terapêutica (~41–43°C) sem danificar células normais. Ciclagem fototérmica e UV-vis pós-irradiação confirmam excelente estabilidade e retenção propriedades ópticas.

Comportamento Entrega Fármaco

Liberação DOX DOX@NrGO marcadamente aumentada em condições ácidas (pH 4,0) e irradiadas NIR. pH ácido ioniza grupos amina NHBP, reduzindo ligação eletrostática DOX e promovendo liberação. Aquecimento NIR acelera movimento molecular, acelerando difusão fármaco. Assim, DOX@NrGO oferece dupla responsividade adequada microambientes tumorais.

Citotoxicidade NrGO

Ensaios MTT indicam >80% viabilidade celular a 50 µg mL⁻¹ após 24 h, confirmando baixa toxicidade intrínseca e adequação como transportador fármaco.

Inibição Sinérgica Células Tumorais

Tratamento DOX@NrGO sozinho reduziu viabilidade HeLa maneira dependente dose. Combinado com irradiação NIR (0,5 W cm⁻², 5 min), viabilidade celular diminuiu significativamente mais, evidenciando sinergia quimio-fototérmica. Imagens confocais mostram núcleos dispersos com DOX@NrGO, enquanto irradiação induz desprendimento extensivo células. Coloração PI revela aumento células mortas após terapia combinada, corroborando efeito citotóxico aprimorado.

Conclusões

Em resumo, desenvolvemos NrGO modificado NHBP direto, solúvel água, com conversão fototérmica robusta e estabilidade coloidal. Carregamento DOX confere liberação acionada pH e NIR, e sistema DOX@NrGO atinge inibição superior células tumorais quimio-fototérmica in vitro. Estes resultados demonstram promessa DOX@NrGO como plataforma versátil terapia câncer e outras aplicações biomédicas.