Bio-imaging Mengaplikasikan UCNPs Berbasis Lathanida

Anggota kelompok :

1.    Eka Wulandari                 M0312018

2.    Erlina Erikawati              M0312020

3.    Hamdana Putra P             M0312014

4.    Listiyaningrum                M0312037

5.    Nurul Apri Indri              M0312051

Perkembangan ilmu kedokteran yang diiringi dengan perkembangan ilmu teknologi dan fisika telah menfasilitasi paramedik dengan berbagai macam alat bantu untuk menggambarkan keadaan dalam tubuh pasien tanpa harus melakukan pembukaan dan pembedahan untuk dilakukan biopsi.  
Kemajuan terbaru dari bio-imaging dalam diagnosis dan pengobatan penyakit telah menciptakan manfaat yang luar biasa untuk proses biologi dan kedokteran. Salah satu alasan utamanya adalah karena sederhana, cepat, sensitif, dan biayanya yang relatif rendah. (Yao el al, 2012)

 

Gambar 1. Contoh Kemajuan Imaging System dalam Dunia Medis

Penciteraan atau bioimaging saat ini merupakan metode yang menjadi ujung tombak pemeriksaan untuk kasus-kasus yang tidak kasat mata. Medical imaging, atau umumnya disebut radiologi, merupakan pengambilan gambar dari bagian tubuh manusia yang digunakan untuk keperluan medis. Untuk diagnosa penyakit seperti kanker dan penyakit jantung diperlukan pencitraan atau bioimaging yang handal. Belakangan ini pendekatan dengan didasarkan nanoteknologi telah menunjukkan hasil yang menjanjikan. (Hemmer, 2012). Jadi dapat dikatakan bahwa analisis bio-imaging adalah suatu metode pelabelan, pencitraan, atau penggambaran yang diaplikasikan untuk keperluan medical tanpa harus melakukan pembukaan dan pembedahan untuk dilakukan biopsi.

Metode dalam aplikasi biomedik ini lebih lanjut diperluas dengan adanya luminescent. Luminesensi merupakan peristiwa penyerapan energi radiasi yang diikuti dengan terjadinya pancaran cahaya tampak dari suatu bahan. Peristiwa ini terjadi karena adanya elektron elektron yang menyerap energi radiasi dan berpindah ke orbit yang lebih tinggi, sehingga bahan berada dalam keadaan tereksitasi. Ada dua peristiwa luminesensi, yaitu fluoresensi dan fosforesensi (Delcado,1995). Fluoresensi adalah pancaran cahaya spontan, dimana pancarannya akan berakhir jika proses eksitasi yang terjadi pada bahan juga berakhir. Emisi cahaya terjadi karena proses absorpsi cahaya oleh atom yang mengakibatkan keadaan atom tereksitasi. Keadaaan atom yang tereksitasi akan kembali keadaan semula dengan melepaskan energi yang berupa cahaya atau deeksitasi ( Carrol, 1994).

Gambar 2. Struktur Fluorescence

Fluoresensi terjadi ketika molekul tereksitasi kembali ke keadaan dasar dengan melepaskan energi melalui emisi foton. Karena beberapa dari energi yang diperoleh selama eksitasi diubah menjadi panas, foton yang dipancarkan memiliki lebih rendah energi dari yang diserap. Hal ini menjelaskan perbedaan panjang gelombang yang disebutkan yang juga dikenal sebagai pergeseran Stokes (Vonesch, 2006). Sedang pada peristiwa fosforesensi, pancaran cahayanya berakhir beberapa saat setelah proses eksitasi pada bahan berakhir. Bahan yang mampu memperlihatkan gejala ini disebut fosfor. Pemancaran kembali sinar oleh molekul yang telah menyerap energi sinar dalam waktu yang relatif lebih lama (10^-3 detik). Jika penyinaran kemudian dihentikan, pemancaran kembali masih dapat berlangsung. Fosforesensi berasal dari transisi antara tingkat-tingkat energi elektronik triplet ke singlet dalam suatu molekul. (Delcado,1995)

Aplikasi optik yang berkaitan dengan pendaran cahaya sangat menarik untuk diteliti. Selama ini, sudah banyak dilakukan penelitian untuk mencari material terbaik untuk aplikasi optik yang dapat menghasilkan emisi yang jelas dan murni. Penelitian dalam bidang ini masih terus dikembangkan guna mendapatkan material dengan hasil yang optimal. Baru-baru ini, bahan fotoionik yang mengandung ion lantanida menarik perhatian banyak pihak dikarenakan kemampuan potensial yang dimilikinya untuk full color display, sumber optik dan sistem laser seperti amplifier optik (Prajzler et al, 2008).

Ion lantanida memiliki tingkat energi yang berlimpah dengan masa hidup yang relatif panjang yang berasal dari transisi f-f intra konfigurasional. Secara khusus, Er³⁺, HO³⁺,dan Tm³⁺, yang memiliki tangga seperti tingkat energi. Namun, Er³⁺, HO³⁺, dan Tm³⁺ memiliki penyerapan yang rendah. (Li et al, 2010). Ion-ion Lantanida seperti Yb³⁺ dengan emisi di 980 nm, adalah logam yang baik untuk memperoleh emisi NIR (Near Infrared) yang sangat efisien. Emisi dari lantanid (III) trivalen ion-ion kebanyakan datang dari alihan dwikutub elektrik antara subkulit 4f. Orbital 4f dilindungi dari keadaan sekitarnya oleh orbital 5s and 5p, dan pengaruh hostmedia di transisi-transisi optis dalam bentuk 4f juga rendah ( Jhiao Chen, 2012)

Pada hakikatnya, semua logam dapat digunakan untuk aplikasi biomedik tetapi pada dosis yang berbeda tergantung pada beberapa parameter seperti aplikasi, keseimbangan antara risiko dan manfaat, kinetika degradasi, biodistribusi, akumulasi dalam jaringan dan organ dan ekskresi dari tubuh dan sebagainya. Logam yang paling tepat adalah Ca, Mg, Zn, Fe, Ti, Zr dengan perkiraan toksisitas antara lain:

 

Metode dalam aplikasi biomedik ini lebih lanjut diperluas ke micro luminescent lain dan nanopartikel lantanida (Tb, La, Tm, atau Y) menggunakan terephthalate MOFs. MOFs (Metal Organic Frameworks) merupakan koordinasi polimer atau jaringan koordinasi yang merupakan kelas hibrida yang dibentuk dengan menyusun ion logam dan ligan polidentat yang biasanya dalam kondisi ringan. (Rocca et al, 2011). Sintesis cukup berhasil, dengan reaksi yang cepat, lancar dan Metode ramah lingkungan, yang baru-baru ini telah diterapkan untuk sintesis mikro dan nano MOFs. sintesis ini dibantu oleh hidro / solvothermal, yang merupakan metode yang efisien, homogen dan lebih cepat untuk persiapan nanopartikel. untuk memperoleh hasil yang memiliki kecepatan tinggi dalam mengontrol ukuran partikel, adalah mensintesis microwave iradiasi solvothermal. (Horcajada et al,2012)

Upconversion luminescence (UCL) adalah proses yang unik dimana oleh gelombang kontinu (CW) foton energi rendah (panjang gelombang tinggi) diubah menjadi foton energi yang lebih tinggi (panjang gelombang lebih pendek). Emisi UCL dihasilkan dengan menyerap dua atau lebih energi eksitasi CW foton dan melepaskan satu energi tinggi emisi foton. Untuk mencapai emisi UCL efektif, materi harus memiliki energi yang rendah dan memiliki masa hidup yang lebih lama. (Auzel,2004)

Dalam beberapa dekade terakhir, nanophosphors upconversion berbasis lantanida (UCNPs) telah dianggap sebagai generasi baru untuk aplikasi photoluminescent bioimaging karena keuntungan yang unik. UCL bioimaging tidak memberikan fluoresensi otomatis dari sampel, karena sifat UCL di bawah CW 980 nm, penggunaan Yb³⁺/ Tm³⁺ didopping UCNPs yang dieksitasi dengan NIR pada 980 nm dan emisi 800 nm menawarkan tingkat kerusakan yang rendah pada sampel, sehingga digunakan dalam aplikasi bioimaging in vivo. (Liu et al, 2014) .Upconversion adalah proses optik yang melibatkan konversi foton energi rendah menjadi foton energi yang lebih tinggi. Metode sintesis ini biasanya seperti dekomposisi termal, reaksi hidrotermal, dan sintesis cairan ion. Perbedaan utama antara nanopartikel upconversion dan Nanomaterials lainnya adalah bahwa mereka dapat memancarkan cahaya tampak di bawah sinar inframerah dekat. (Chen et al, 2012)

Pada makalah ini kami membahas tentang aplikasi bioimaging yang memanfaatkan metal lanthanida yang di dopping dengan cara UCNPs, sehingga dapat digunakan untuk mendeteksi sel tumor pada organ tubuh tanpa harus membuka atau membedah organ tubuh yang akan dideteksi.

DISKUSI

1.      Bioimaging

merupakan suatu metode palabelan, penciteraan atau penggambaran yang dipalikasikan untuk keperluan medikal tanpa melakukan pembukaan dan pembedahan untuk dilakukan biopsi. Dalam ilmu kedokteran, bioimaging digunakan untuk deteksi, diagnosa, dan terapi suatu penyakit seperti kanker dan tumor. Dalam aplikasinya pada bidang kedokteran digunakan beberapa teknik bioimaging.  Diantara berbagai teknik bioimaging, penciteraan fluorescens sangat penting dalam bioimaging. Bioimaging fluoresensi dengan resolusi temporal dan sensitivitas tinggi pada tingkat subseluler memberikan strategi universal untuk mengamati morfologi dalam jaringan dan memvisualisasikan bio-spesies mulai dari sel-sel hidup pada hewan.

Secara umum, sensor adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mendeteksi gejala-gejala atau sinyal-sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi seperti energi listrik, energi fisika, energi kimia, energi biologi, energi mekanik dan sebagainya. Material yang baik untuk aplikasi bioimaging adalah material yang dapat memberikan fotoluminensi (fotopendarcahaya) sesuai dengan fotoluminensi dari ion yang dikandungnya (Hasegawa et al, 2002)

2. Fluoresensi

Fluoresensi merupakan salah satu tipe luminescence yang dipengaruhi oleh panjang gelombang eksitasi elektromagnetik. Artinya fluoresensi dihasilkan ketika suatu substansi menyerap cahaya pada panjang gelombang yang rendah (dengan energi yang tinggi) dan kemudian mengeluarkan energi pada panjang gelombang yang tinggi (dengan energi rendah). Rentang waktu antara absorbsi dan emisi biasanya relatif dekat, seringkali antara 10^-9 sampai 10^-8 detik. Fluoresensi hanya terjadi pada senyawa aromatik, senyawa heterosiklik dan molekul dengan sistem konjugasi. Senyawa dengan transisi elektronik π-π*, mempunyai kemungkinan yang lebih besar untuk berfluoresensi daripada transisi n-π*

3. Lantanida

Lantanida (Ln) adalah kelompok unsur kimia yang terdiri 15 unsur, mulai lanthanium (La) sampai lutetium (Lu) pada tabel periodik dengan nomor atom 57 sampai 71. Struktur kimia dan koordinasi dari trivalent kompleks lantanida (Ln³⁺) dengan donor atom oksigen dari ligan polieter merupakan hal yang menarik untuk dipelajari. Satu ciri unik yang ditunjukkan oleh ion trivalen unsur Ln ialah pengecilan ukuran jari-jari atom atau jari-jari ion dengan bertambahnya nomor atom unsur dari La3+ sampai Lu3+. Sifat ini dikarenakan pengisian elektron orbital 4f yang terlindung oleh orbital 5s dan 5p. Elektron-elektron orbital f yang tidak lengkap diisi tidak memberi kesan kepada medan ligan dan tidak mengambil bagian dalam pembentukan ikatan seperti elektron-elektron orbital d. Reaktivitas elemen lantanida lebih baik daripada logam transisi, alkali, dan alkali tanah ( Cotton, 2006).

4. Nanopartikel

Nanopartikel menarik perhatian dibidang ilmiah, karena peranannya sebagai jembatan antara material “bulk” dan struktur atomik (molekular). Nanopartikel didefinisikan sebagai partikel padatan yang terdispersi dengan rentang ukuran 10-1000nm (Mohanraj,2006). Sintesis material dengan proses aerosol dan koloid dapat dilakukan untuk menghasilkan nanopartikel (dengan diameter kurang dari 100nm) dan kemurnian yang tinggi dengan sifat fisik dan kimia yang spesifik (Okuyama,2007). Nanopartikel merupakan  partikel dengan ukuran lebih kecil dari 100nm. Dengan mensintesis nanopartikel, kita dapat memproduksi partikel yang ukurannya lebih kecil dari 100nm yang dapat merubah sifat dan fungsinya.

Adapun sifat dasar yang dapat berubah antara lain:

1.      Merubah mekanika kuantum yang berhubungan dengan warna, kekerasan, konduktifitas magnetic dan konduktifitas elektrik.

2.      Luar permukaan menjadi lebih besar sehingga berpengaruh pada perubahan titik leleh, titik didih, reaktifitas dan efek katalitik.

3.      Perubahan molekular dapat digabungkan dengan meningkatnya kemampuan dari molekul tersebut sehingga berguna untuk aplikasi baru.Gambaran Umum UCNPs

Kebanyakan bahan fluorescent memancarkan cahaya dengan proses downconversion (memancarkan energi yang lebih rendah  dalam energi iradiasi tinggi). Meskipun penggunaan molekul pewarna organik konvensional atau quantum dot (QD) berbasis biomarker telah mencapai kemajuan yang signifikan dalam deteksi real-time dan bioimaging, namun mereka masih memiliki kelemahan. Bahan-bahan fluorescent umumnya dapat dideteksi dengan ultraviolet (UV) atau terlihat cahaya, yang dapat menyebabkan autofluorescence dan photodamage sampel biologis, sehingga rasionya rendah dan sensitivitas terbatas. Keterbatasan ini mendorong pengembangan tipe baru berkualitas tinggi dan Nanomaterials dikenal sebagai upconversion Nanomaterials (UCNPs). UCNPs ini biasanya terdiri dari donor-aceptor anorganik yang diolah dengan ion Ln³⁺. Mereka menunjukkan biokompatibilitas yang baik dan sitotoksisitas umumnya rendah, dan sebenarnya non-sitotoksik terhadap berbagai sel baris. Selain itu, permukaandapat dimodifikasi dengan ligan rekayasa, ligan tarik , permukaan polimerisasi, self-assembly atau teknologi perakitan lapis demi lapis, memperluas bidang aplikasi mereka. Permukaan dimodifikasi oleh silika adalah yang paling populer, karena pendekatannya yang umum, dan praktis. Protein, DNA, makromolekul biologis lainnya dapat dengan mudah dikaitkan dengan UCNPs. Secara khusus, properti unik UCNPs 'memancarkan cahaya tampak di bawah NIR iradiasi membuatnya baik untuk bioimaging in vivo dan in vitro.

Upkonversi lantanida dilakukan dengan tujuan meningkatkan jaringan penetrasi yang dapat dicapai dengan eksitasi inframerah-dekat (NIR), meningkatkan stabilitas terhadap photobleaching, photoblinking dan degradasi fotokimia, non-photodamaging DNA/RNA karena adanya energi eksitasi cahaya rendah, sitotoksisitas rendah, dan sensitivitas deteksi lebih tinggi (M. Lin et al, 2012).

4.      Lantanida berbasis UCNPs Sebagai Material untuk Bioimaging

Gold Nanorods da menggunakan metode kuantum dot untuk bioimaging (Huang et al, 2009;. Medintz et al, 2005;.. Wang et al, 2010d, 2012). Namun, gold nanorods tidak mampu menggunakannya dalam bioimaging jaringan dalam karena sinyalnya semakin lemah, bersama dengan kontras rendah dan auto fluorescence (Qian et al., 2010a). Meskipun kuantum dot menunjukkan kecerahan yang lebih besar, dan band misi sempit (Xing dan Rao, 2008), ada kekhawatiran tentang sitotoksisitas mereka. (Chatterjee et al., 2008). UCNPs dalam pendoppingan menghasilkan photostable terhadap photobleaching dan memancarkan cahaya (Taman et al, 2009.; Yu et al, 2009). Selain itu,tidak adanya auto fluorescence (Idris et al., 2009) pada jaringan dalam hasilnya akan meningkat setelah dieksitasi dengan NIR (Chatterjee et al., 2008) memungkinkan untuk bioimaging in vitro dan in vivo (Chatterjee et al, 2010;. Mader et al., 2010). Sebagai perbandingan, keuntungan dan kerugian dari bahan-bahan dan bahan lain yang digunakan untuk bioimaging tercantum dalam Tabel 1.

 Tabel 1. Perbandingan keuntungan dan kerugian dari bahan-bahan yang digunakan untuk bioimaging

5.    Instrumentasi untuk upconversion luminescence (UCL) pada bioimaging

Gambar 2. Skema Optik 5. Schematic illustration of (a) UCL laser-scanning confocal microscropeand (b) UCL imaging in vivo system.

      Berdasarkan proses upconversion, sistem bioimaging UCL menggunakan eksitasi gelombang panjang dan pengumpulan panjang gelombang pendek . Untuk Yb³⁺ UCNPs sebagai label luminescent eksternal CW 980 nm dan laser sebagai sumber eksitasi serat optik. Skema 5 menunjukkan set-up untuk UCL laserscanning confocal microscopy dan bioimaging UCL di vivo.Pada mikroskop laser scanning UCL (LSUCLM), sinar laser diperluas ke cahaya paralel lensa objektif untuk memberikan eksitasi iradiasi pada spesimen. Seperti ditunjukkan dalam Skema 5a, berbeda dengan mikroskop confocal tradisional, pemilihan umpan eksitasi pendek  diadaptasi untuk memisahkan sinyal UCL dari sumber eksitasi. Laser scanning UCL confocal mikroskop digunakan untuk bioimaging  sel.Mengingat fakta bahwa Yb³⁺, Tm³⁺ codoped UCNPs terksitasi pada 980 nm dan emisi 800 nm dan biasanya digunakan untuk bioimaging UCL in vivo hewan kecil pada CW 980 nm laser digunakan sebagai sumber eksitasi, dan sinyal UCL memuncak pada 800 nm dikumpulkan dengan menggunakan satu set band pass filter (Skema 5b). Karena efisiensi UCL relatif rendah dari UCNPs, elektron (EMCCD) digunakan sebagai detektor yang sangat sensitif untuk mengumpulkan sinyal lemah.

      UCNPs memenuhi semua persyaratan karena penetrasi yang lebih dalam (mampu mengkonversi NIR cahaya menjadi cahaya tampak), toksisitas rendah, stabilitas yang lebih tinggi, dan modifikasi permukaan lebih mudah. UCNPs digunakan dalam PDT (Photo Dinamic Therapy) biasanya dilapisi dengan shell, yang memiliki fungsi:

1)      Doping matriks untuk fotosensitizer

2)      Target khusus pada sel tumor

3)      UCNPs stabilisasi.

NaYF4: Yb / Er UCN adalah salah satu UCNPs yang digunakan paling umum di PDT karena efisiensi UC tinggi.

6.      Sintesis Nanophosphors Upconversion (Sintesis langsung dari nanophosphors upconversion hidrofilik)

¢  Untuk menyederhanakan prosedur reaksi dan mengurangi pasca perawatan, telah dikembangkan beberapa langkah strategi untuk sintesis mempersiapkan UCNPs. UCNPs perlu disusun dengan strategi mikroemulsi hidrotermal dengan 6-aminohexanoic acid sebagai ligan permukaan. beberapa langkah  untuk sintesis mempersiapkan UCNPs, yaitu rute hidrotermal dibantu oleh ligan koperasi biner, dan rute hidrotermal mikroemulsi.

4.1. Reaksi hidrotermal dibantu oleh ligan koperasi biner

Reaksi hidrotermal dibantu oleh ligan koperasi biner sebagai strategi untuk memperoleh UCNPs yang larut dalam air dan permukaan yang difungsikan. Asam 6-Aminohexanoat dan poli (etilena glycol) bis (karboksimetil) eter telah digunakan sebagai co-ligan untuk membantu oleat untuk mengontrol permukaan UCNPs. Misalnya, dengan hati-hati mengendalikan jumlah poli (ethyleneglycol) bis (karboksimetil) eter, hidrofilik NaYF4: Yb³⁺, Er³⁺ nanopartikel dari ukuran kecil (~8 nm) dapat disintesis . Ion lantanida radioaktif dapat digunakan dalam prosedur sintetis ini untuk membuat UCNPs  multifunctional.

Skema 2. Skema sintesis hidrofilik PEG-UCNPs (153Sm) menggunakan reaksi hidrotermal dibantu dengan ligan biner koperasi poli (etilena glikol) bis (karboksimetil) eter dan oleat.

 

4.2.  Strategi hidrotermal mikroemulsi

Baru-baru ini, strategi hidrotermal mikroemulsi telah dimanfaatkan lebih jauh untuk mempersiapkan UCNPs larut dalam air dengan asam 6-aminohexanoic, triamin dietilen asam pentacetic (DTPA) dan natrium glutamat sebagai ligan permukaan . Misalnya, karena adanya natrium glutamat dan DTPA pada permukaan (Skema 3), UCNPs sebagai disiapkan terbukti stabil dalam air selama lebih dari enam bulan. Ketika asam 6-aminohexanoic dipilih sebagai ligan permukaan, UCNPs mampu dikonjugasikan dengan molekul sasaran, seperti asam folat (FA). 

Skema 3. Skema ilustrasi struktur UCNPs dengan dietilen triamin asam pentacetic (DTPA) dan natrium glutamat sebagai ligan permukaan.

7.    Aplikasi Lantanida Berbasis UCNPs untuk Deteksi Sel Tumor  dan Kanker

       Sejumlah penelitian telah melaporkan penerapan Ln-doped UCNPs pada bioimaging in vitro seluler dan jaringan. Bioimaging In vitro seluler melibatkan penargetan UCNPs Ln-doping untuk beberapa komponen subselular (misalnya, protein membran). Dalam bioimaging vitro dengan distribusi spasial dan temporal sel kanker usus besar (Chatterjee et al., 2008), kanker ovarium sel, sel HeLa (Cheng et al, 2011 (Boyer et al, 2010.);.. Dong et al, 2011; Jin et al, 2011.; Wang et al., 2009d), myoblasts (Jalil dan Zhang, 2008), glioblastoma dan karsinoma pada payudara (Jin et al, 2011;. Xing etal, 2012.; Yang et al., 2012) telah dibuktikan. Dalam sebuah laporan baru-baru ini oleh Jin et al. (2011), dalam bioimaging in vitro seluler dapat dicapai oleh UCNPs bermuatan positif karena efisiensi serapan selular ditingkatkan. Jaringan pencitraan pertama kali ditunjukkan oleh Zijlmans et al. (1999) yang menggunakan Y₂O₂S: Yb, nanopartikel Tm untuk mempelajari distribusi spasial dari prostate-specific antigen (PSA) dalam jaringan prostat manusia. Tidak adanya auto-fluoresensi dari jaringan itu sendiri di bawah eksitasi NIR memungkinkan bioimaging resolusi tinggi. Lebih penting lagi, bioimaging in vivo organisme dan hewan telah dicapai dengan UCNPs Ln-doped. Lim et al. (2006) yang dilakukan pada bioimaging organisme hidup dengan inokulasi Y₂O₃: nanopartikel Yb, Er dalam nematoda Caenorhabditis elegans hidup cacing. Sistem pencernaan cacing itu kemudian dicitrakan di bawah eksitasi NIR, menunjukkan dengan jelas distribusi nanopartikel dalam usus. Selain bioimaging organisme, bioimaging in vivo hewan. (Chatterjee et al, 2008).

Pencitraan tumor yang ditargetkan telah menarik perhatian besar karena berpotensial dalam aplikasi diagnosis tumor dan terapi. Berdasarkan interaksi ligan-akseptor, UCNPs dimodifikasi dengan asam folat dan peptida, masing-masing, telah dikembangkan untuk tumor-target UCL pencitraan. Banyak sel kanker manusia memiliki kebutuhan tinggi untuk folicacid (FA) dan lebih mengekspresikan reseptor asam folat. Berdasarkan afinitas tinggi FA untuk reseptor folat, telah dikembangkan nanoprobe FA-dimodifikasi untuk target UCL pencitraan in vivo hewan kecil. UCNPs perlu disusun dengan strategi mikroemulsi hidrotermal dengan 6-aminohexanoic acid sebagai ligan permukaan. FA kemudian terkonjugasi dengan amine groups bebas di permukaan UCNPs.  UCNPs FA-terkonjugasi digunakan untuk target UCL pencitraan FA yang menunjukkan tumor HeLa baik in vivo dan ex vivo. Sel HeLa merupakan sel epitelial manusia yang berasal dari kanker serviks atau kanker leher . Pencitraan UCL yang ditargetkan itu menggunakan in vivo UCL sistem pencitraan dirancang oleh grup sel-sel tumor. Target kami atau pembuluh darah tumor dengan peptida  adalah sebagai strategi untuk memberikan obat sitotoksik untuk terapi kanker . Sebagai contoh UCNPs-peptida untuk tumor yang ditargetkan pencitraan  UCL. Strategi desain untuk tumor penargetan didasarkan pada afinitas  tinggi antara asam peptida arginin-glisin-aspartat (RGDFK) (Skema 9) dan α,β Reseptor integrin. Untuk meningkatkan waktu sirkulasi darah Ln-UCNPs, dihubungkan polietilen glikol (PEG) (MW = 1500) diadopsi untuk menjembatani Ln-UCNPs dan peptida RGD, mengingat stabilitas tinggi dan tingkat penyerapan non-spesifik rendah pegylated amphiphilic polimer. UCNPs RGD-dimodifikasi kemudian digunakan untuk target pencitraan tumor UCL dengan rasio tinggi signal terhadap kebisingan dari 24 antara tumor dan latar belakang 

Skema 9. Schematic illustration of UCNPs for tumor targeting.

NaYF4: Yb, nanopartikel Er disuntik di bawah kulit perut dan punggung tikus dibius. Setelah eksitasi NIR, pendaran dari UCNPs Ln-doped dapat diamati dengan jelas bahkan ketika nanopartikel berada ~ 10 mm di bawah kulit, yang jauh lebih dalam dari itu dengan kuantum titik sebagai probe bioimaging (Gambar 3)

 Gambar 3. Penyuntikan NaYF4: Yb, nanopartikel Er di bawah kulit perut dan punggung tikus

Zhang dan rekan kerja pertama menunjukkan desain baru untuk  PDT berdasarkan UCNPs untuk pengobatan sel kanker kandung kemih. UCNPs dilapisi dengan lapisan shell silika mesopori, dimana fotosensitizer yang diolah. Antibodi, yang memiliki antigen spesifik yang diekspresikan pada permukaan target sel, yang terikat secara kovalen pada permukaan kulit silika. Karena spektrum tumpang tindih antara 'absorbansi dan UCNPs' fotosensitizer emisi, UCNPs fotosensitizer-doped dapat menghasilkan 1 O₂ bawah iradiasi NIR dan selanjutnya membunuh sel target.

kesimpulan

¢  analisis bio-imaging adalah suatu metode pelabelan, pencitraan, atau penggambaran yang diaplikasikan untuk keperluan medical tanpa harus melakukan pembukaan dan pembedahan untuk dilakukan biopsi. Bio-imaging memanfaatkan peristiwa luminesensi, dimana peristiwanya dibagi menjadi dua yaitu

1.      Fluoresensi

2.      Fosforesensi

¢  Luminesensi dapat menggunakan logam Lanthanida sebagai bahan untuk upkonversi nanopartikel (UCNPs). Aplikasi lanthanida berbasis UCNPs dapat digunakan untuk mendeteksi sel tumor dan kanker

Saran

Metode  untuk  meningkatkan  efisiensi  UCNPs  UCL  masih  diperlukan, sehingga diperlukan penelitian lebih lanjut mengenai ini. Selain itu, beberapa karya telah difokuskan pada peningkatan penyerapan dari UCNPs.  Investigasi  interaksi  antara  ligan permukaan UCNPs dan  biomolekul masih merupakan  tantangan besar. Selain  itu, perlu diketahui sifat optik intrinsik UCNPs yang diawetkan setelah modifikasi permukaan.

Daftar Pustaka

Auzel, F. 2004.“Upconversion and Anti-Stokes Processes with F and D Ions in Solids”American Chemical Society Chem. Rev. 104 (2004) 139–173.

Boyer JC, Manseau MP, Murray JI, van Veggel FCJM. Surface modification of upconverting NaYF4 nanoparticles doped with PEG‐phosphate ligands for NIR (800 nm) biolabeling within the biological window. Langmuir 2010;26:1157–64.

Carrol, J., k. swann, d. whittingham dan m. whtaker. 1994. Spatiotemporal dynamics of intrasellular [Ca2+] oscillations durng the growth and meiotic maturation oocyte. Great Britain The Company of Biologist. 120: 3507-3517.

Chatterjee DK, Zhang Y. Upconverting nanoparticles as nanotransducers for photodynamic therapy in cancer cells. Nanomedicine 2008;3:73–82.

Chen, Jiao and Julia Xiaojun Zhao. 2012. “Upconversion Nanomaterials: Synthesis, Mechanism, and Applications in Sensing”. Journal Sensors 2012, 12, 2414-2435.

Cheng L, Yang K, Li YG, Chen JH, Wang CY, Shao MW, et al. Facile preparation of multifunctional upconversion nanoprobes for multimodal imaging and dual-targetedphotothermal therapy. Angew Chem 2011;123:7523–8.

Cotton, S. (2006). Lanthanide and Actinide chemistry. John Wiley & sons. Ltd. Inorganic chemistry. 61-83

DELCADO, A., Basic Concepts of Thermoluminescence, Personnal Thermoluminescence Dosimetry (ed. : M. Oberhofer), Report EUR 16227 EN, Luxembourg (1995), pp. 47-69.

Dong NN, Pedroni M, Piccinelli F, Conti G, Sbarbati A, Ramírez-Hernández JE, et al. NIRto- NIR two-photon excited CaF2:Tm3+,Yb3+ nanoparticles: multifunctional nanoprobes for highly penetrating fluorescence bio-imaging. ACS Nano 2011;5: 8665–71.

Hasegawa, Y., Yamamuro., M., wada. Y., kanesiha, N., kai, Y ., dan Yanagida, S. 2003. Luminescent polymer Containing the eu (III) complex having fast Radiation rate and High emission Quantum Efficiency : journal of Physical Chemistry. 107: 1697-1702

Hongshan Hemmer, Near-infrared emitting lanthanide complexes of porphyrin and BODIPY dyes, (87-91).

Huang X, Neretina S, El-Sayed MA. Gold nanorods: from synthesis and properties to biological and biomedical applications. Adv Mater 2009;21:4880–910.

Idris NM, Li ZQ, Ye L, Sim EKW, Mahendran R, Ho PCL, et al. Tracking transplanted cells in live animal using upconversion fluorescent nanoparticles. Biomaterials 2009;30: 5104–13.

Jalil AR, Zhang Y. Biocompatibility of silica coated NaYF4 upconversion fluorescent nanocrystals. Biomaterials 2008;29:4122–8.

Jin JF, Gu YJ, Man CWY, Cheng JP, Xu ZH, Zhang Y, et al. Polymer-coated NaYF4:Yb3+, Er3+ upconversion nanoparticles for charge-dependent cellular imaging. ACSNano 2011;5:7838–47.

Lim SF, Riehn R, Ryu WS, Khanarian N, Tung CK, Tank D, et al. In vivo and scanning electron microscopy imaging of upconverting nanophosphors in Caenorhabditis elegans. Nano Lett 2006;6:169–74.

Lin M. et al. 2012. “Recent Advances In Synthesis and Surface Modification Of Lanthanide-Doped Upconversion Nanoparticles for Biomedical Applications”. Biotechnology Advances, 30: 1551-1561.

Liu,Qian., Wei Feng., and Fuyou Li. 2014. “Water-soluble Lanthanide Upconversion Nanophosphors:Synthesis and Bioimaging Applications in Vivo”. Journal Elsevier 273–274 (2014) 100–110.

Mader HS, Kele P, Saleh SM, Wolfbeis OS. Upconverting luminescent nanoparticles for use in bioconjugation and bioimaging. Curr Opin Chem Biol 2010;14:582–96.

Medintz L, Uyeda HT, Goldman ER, Mattoussi H. Quantum dot bioconjugates for imaging,

labelling and sensing. Nat Mater 2005;4:435–46.

Mohanraj, VJ,.& Chen, Y. 2006. Nanoparticles A Review. Nigeria Tropical Journal of Pharmaceutical Research, 5 (1): 561-573.

Okuyama, K., Wang W.N., & Iskandar,F. 2007. Technology Innovation in The Nanoparticle Project of Polydiacetylene Microcrystals Fabricate by Reprecipitation Technique and Some Applications. Polymeric Advanced Technology. 11:783-790.

Prajzler,V.,Jerabek,V.,Lyutakov, O., Huttel,I., Spirkov,J., Machovic,V.,Oswald,J., Chovostova,& D., Zavadil,J. 2008. Optical Properties of Erbium and Erbium and Erbium/Ytterbium Doped Polymethylmethacrylate. Acta Polytechica, Vol48 NO.5 14-21.

Qian J, Jiang L, Cai F, Wang D, He S. Fluorescence-surface enhanced Raman scattering co-functionalized gold nanorods as near-infrared probes for purely optical in vivoimaging. Biomaterials 2010a;32:1601–10.

Wang SQ, Esfahani M, Gurkan UA, Inci F, Kuritzkes D, Demirci U. Efficient on-chip isolation of HIV subtypes. Lab Chip 2012;12:1508–15.

Wang SQ, Ip A, Xu F, Giguel F, Moon S, Akay A. Development of a microfluidic system for measuring HIV-1 viral load. Proc SPIE Int Soc Opt Eng 2010d;7666:76661H–1.

Xing HY, Bu WB, Zhang SJ, Zheng XP, Li M, Chen F, et al. Multifunctional nanoprobes for upconversion fluorescence, MR and CT trimodal imaging. Biomaterials 2012;33: 1079–89.

Yang YM, Shao Q, Deng RR, Wang C, Teng X, Cheng K, et al. In vitro and in vivo uncaging and bioluminescence imaging by using photocaged upconversion nanoparticles. Angew Chem Int Ed 2012;51:3125–9.

Yao, Chenzhong and Yexiang Tong. 2012.”Lanthanide Ion-Based Luminescent Nanomaterials for Bioimaging”. Trends in Analytical Chemistry, Vol. 39, 2012.

Yu M, Li F, Chen Z, Hu H, Zhan C, Yang H, et al. Laser scanning up-conversion luminescence microscopy for imaging cells labeled with rare-earth nanophosphors. AnalChem 2009;81:930–5.

Zijlmans HJMA, Bonnet J, Burton J, Kardos K, Vail T, Niedbala RS, et al. Detection of cell and tissue surface antigens using up-converting phosphors: a new reporter technology. Anal Biochem 1999;267:30–6.