10. Modifikasi Permukaan Serat Selulosa
11.9. Aplikasi Medis Lainnya
Karena tidak ada toksisitas yang diperkenalkan untuk NCC, beberapa kelompok penelitian telah memperkenalkan NCC untuk digunakan dalam aplikasi biomedis. Dong et al. Menyarankan NCC yang dimodifikasi untuk pengiriman obat yang ditargetkan, terutama obat kemoterapi. Misalnya, pengiriman asam folat yang ditargetkan dan
94
dikendalikan oleh NCC telah berhasil dalam tumor kanker otak mamalia.
Selain proses pengiriman obat, NCC memiliki banyak aplikasi biomedis, termasuk: Ini termasuk, misalnya, proses diagnosis dan biosensing (misalnya, penggunaan NCC untuk mendeteksi enzim neutrofil elastase manusia di lokasi cedera) dan penggantian cangkok pembuluh darah (pada penyakit kardiovaskular). Imobilisasi enzim / protein, penghambat virus (alphavirus, virus herpes simpleks dan kemungkinan virus AIDS), rekayasa jaringan (TE) dan penghambatan bakteri (penghambatan Mycobacterium smegmatis dan Staphylococcus aureus), yang dijelaskan secara rinci. Perlu dicatat bahwa pelabelan neon NCC menawarkan aplikasi potensial dalam bidang biomedis, termasuk bioprobe, bioassay fluoresensi, dan aplikasi bioimaging (Tabel 3).
Diagnosis dan biosensing: Enzim neutrofil elastase manusia (HNE), sejenis serin protease, dilepaskan pada tingkat tinggi oleh neutrofil di lokasi cedera kronis. Hal ini menyebabkan kerusakan faktor pertumbuhan dan protein jaringan ikat, yang akhirnya mengarah pada penyembuhan luka yang buruk dan memperburuk cedera. Patologi lesi non-penyembuhan menghasilkan produksi perban penurun protease yang mengikat protease (misalnya, elastase) ke permukaan pembalut, sehingga menghilangkan elastase dari permukaan luka atau menghambat protease seperti elastase. Oleh karena itu, penggunaan konjugat NCC-peptida sebagai biosensor untuk deteksi dan pengukuran HNE telah diperkenalkan. Diagnosis dan pengukuran tepat waktu HNE di kedua sensor ganti luka in situ dan prosedur biomarker prediktif direkomendasikan untuk penyembuhan luka.
Penggantian cangkok vaskular: NCC sebagai studi penggantian pembuluh darah menarik bagi sebagian besar peneliti karena hasil dari
95
proses ini telah ditunjukkan pada beberapa hewan sebelum penelitian klinis. Salah satu perawatan yang paling banyak digunakan untuk penyakit kardiovaskular adalah pencangkokan bypass arteri koroner, di mana nanokomposit baru-baru ini dikembangkan menggunakan NCC dan fibrin sebagai pengganti cangkok vaskular. Kopling kovalen antara NCC dan hasil matriks fibrin dalam nanotube sintetik dari kekuatan dan elastisitas yang tepat digunakan sebagai pengganti cangkok vaskular.
Nanotube ini tidak diuji dalam kondisi in vivo. Baik selulosa dan fibrin asli dipelajari secara individual sebagai bagian dari penggantian cangkok pembuluh darah, tetapi keduanya memiliki kekurangan. Sebagai contoh, selulosa memiliki perpanjangan terbatas dan fibrin menunjukkan kekuatan yang tidak cukup, tetapi karena NCC sesuai dengan kolagen dan fibrin elastin, nanokomposit NCC / fibrin menginduksi keadaan kolagen-elastin.
Sifat antivirus: Penggunaan NCC sebagai substrat untuk pencitraan fluoresensi dan pemberian obat yang ditargetkan seperti tetrasiklin, doxorubicin, docetaxel dan paclitaxel telah ditunjukkan sebelumnya.
Namun, ada laporan yang sangat terbatas tentang penggunaan NCC sebagai penghambat virus. Partikel yang tidak dimodifikasi telah ditemukan sebagai inhibitor virus dari alphavirus. Menariknya, NCC termodifikasi yang mengandung gugus tirosin sulfat menunjukkan efek penghambatan yang lebih banyak. Oleh karena itu, gugus sulfat pada permukaan NCC dihilangkan dan gugus fenilsulfonat ditambahkan ke permukaan NCC dengan 4-sulfophenyl isothiocyanate (4-SPITC) dalam media berair atau dengan protokol tiga langkah dalam media organik.
Pengamatan telah menunjukkan bahwa penggabungan sifat-sifat spesifik virus target ke permukaan NCC mengatur dan mengontrol aktivitas
96
antivirus NCC. Diyakini bahwa NCC berpotensi menghambat virus lain seperti HIV dan virus herpes simpleks.
Rekayasa jaringan: Namun, studi NCC telah meningkat dalam dua dekade terakhir, dan minat peneliti untuk menggunakan NCC dalam TE baru-baru ini meningkat. Perancah rekayasa jaringan memiliki fitur yang mempengaruhi fungsinya. Oleh karena itu, penting dan perlu memperhatikan komposisi dan struktur spasial dari komponen perancah ini (kolagen, elastin, molekul protoglikan dan adhesi) di berbagai jaringan tubuh. Menurut penelitian, NCC telah diperkenalkan sebagai kandidat yang masuk akal untuk TE, karena NCC memiliki karakteristik terkecil untuk kontak langsung antara sel mamalia (bahkan berkali-kali lebih kecil dari sel myoblast). Dengan demikian, NCC digunakan dalam rekayasa jaringan, seperti otot rangka atau tendon.
Sifat-sifat antibakteri: Keberlanjutan dan kelangsungan hidup bakteri patogen, terutama bakteri yang resisten terhadap antibiotik, mengarah pada penularan serentak ke inang baru dan penyebaran patogen, yang membahayakan kesehatan manusia. Oleh karena itu, penting untuk mensintesis agen antibakteri baru terhadap berbagai bakteri. Dalam sebuah penelitian baru-baru ini, penggunaan NCC yang dimodifikasi dengan pationin kationik (kationisasi oleh Cu (I)) diharapkan untuk menonaktifkan fotodinamik beberapa bakteri seperti Mycobacterium smegmatis dan Staphylococcus aureus. Dalam penelitian baru-baru ini, TiO2 telah digunakan sebagai agen pengiriman obat, seperti antibiotik antibakteri antibakteri, yang telah diamati sebagai antarmuka antara antibiotik dan nanofibre selulosa, yang menghasilkan pelepasan terkontrol, pelepasan jangka panjang dan pengiriman obat. Juga, antibiotik triclosan, tetrasiklin dan fosfomisin terhadap S. aureus dan E.
97
coli di hadapan TiO2 (CNC/TiO2/Triclosan) menyebabkan pelepasan terkontrol jangka panjang selama 3,5 jam dan dengan pelepasan 83%
dalam 10 jam pertama protokol. Telah ditunjukkan bahwa hanya nanofibers selulosa TiO2 yang dimodifikasi memiliki sifat fotokatalitik yang sangat baik.
Imobilisasi Enzim / Protein: Nanobiokatalis adalah senyawa enzim dan nanokarrier yang menarik lebih banyak peneliti karena kinerja katalitiknya yang tinggi, peningkatan kerentanan, peningkatan afinitas substrat enzim, dan usabilitas ulang. Karena sifat-sifat NCC seperti rasio permukaan-ke-volume, rasio aspek tinggi, kekerasan dan kekuatan tinggi, muatan permukaan negatif, struktur non-berpori dan gugus hidroksil yang melimpah, baru-baru ini dianggap sebagai matriks baru dan menarik untuk imobilisasi enzim / protein. Studi tentang imobilisasi enzim dengan NCC dimulai pada 2008. Enzim / NCC dapat secara signifikan meningkatkan aktivitas katalitik, stabilitas dan enansioselektivitas enzim. Selain itu, proses berbasis enzim telah menggantikan metode laboratorium dan industri tradisional karena efisiensi tinggi dan sifat ramah lingkungan. Untuk pertama kalinya NCC digunakan sebagai pembawa enzim untuk imobilisasi peroksidase.
Selama percobaan ini, peroksidase digunakan untuk menghilangkan senyawa fenolik terklorinasi dari larutan air. NCC diaktifkan oleh cyanogen bromide sebelum digabungkan ke peroksidase. Hasil penelitian menunjukkan bahwa aktivitas peroksidase berpasangan NCC lebih tinggi daripada peroksidase bebas dan efisiensi katalitik NCC / peroksidase lebih tinggi dalam menghilangkan senyawa fenolik terklorinasi.
98 12. Toksisitas Nanoselulosa
Dalam beberapa tahun terakhir, partikel nano seperti NCC telah menjadi sangat penting karena toksisitasnya yang rendah di bidang bio-aplikasi. Penggunaan nanopartikel yang berasal dari biopolimer alami (misalnya, selulosa) adalah pengganti nanopartikel anorganik karena biodegradabilitas dan toksisitas rendah. Dari sudut pandang toksikologis, bahan selulosa telah menunjukkan biokompatibilitas yang sangat baik, terutama NCC, yang memiliki sitotoksisitas yang sangat rendah dalam berbagai sel manusia dan hewan. Berbagai penelitian telah menunjukkan bahwa NCC pada konsentrasi tinggi menunjukkan reaksi sitotoksik yang secara signifikan lebih rendah daripada tingkat toksik karbon nanotube dan asbes crocidolite. Ini telah menyebabkan insentif yang lebih besar untuk menggunakan NCC dalam berbagai aplikasi. Salah satu aplikasi utama nanopartikel adalah eksipien. Untuk menilai apakah NCC dapat bertindak sebagai pembawa obat, toksisitas NCC diukur dengan sel endotel otak manusia dan akhirnya tidak menunjukkan toksisitas. Selain itu, penelitian tentang serapan seluler NCC oleh fluorescein 5'-isothiocyanate (FITC) melaporkan serapan NCC minimal yang tidak ditargetkan. Akhirnya, karena kurangnya toksisitas dan penyerapan yang tidak ditargetkan, NCC telah diidentifikasi sebagai kandidat yang baik untuk banyak aplikasi bio seperti pembawa obat yang ditargetkan.
99 BAB IV