羧化氧化石墨烯-姜黄素纳米加合物：理化表征、细胞相容性、MCF-7细胞毒性及初步局部组织反应

《Sci》：Carboxylated Graphene Oxide–Curcumin Nanoadducts: Physicochemical Characterization, Cytocompatibility, MCF-7 Cytotoxicity, and Preliminary Local Tissue Response

　　

氧化石墨烯（GO）为疏水性生物活性化合物的非共价结合提供了一个高表面积平台，但其生物学响应强烈依赖于表面化学。本研究中，研究人员用氯乙酸钠对GO进行羧化，并与姜黄素（CUR）物理结合，获得氧化石墨烯-姜黄素纳米加合物（GO-COOH-CUR）。采用紫外-可见光谱（UV-vis）、X射线光电子能谱（XPS）、拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）评估化学和形态变化。XPS显示羧化后C/O比降低，且拟合的O-C=O贡献增加，尽管检测到残留的Na和Cl。UV-vis、FTIR和XPS特征与制剂中姜黄素的存在一致，包封效率（EE）为83.35%。在24小时MTT试验中，GO-COOH-CUR在3.125 μg mL^?1浓度下维持BHK-21代谢活性高于70%，并在较高测试浓度降低MCF-7代谢活性。由于制剂浓度以总质量表示且此处未报道姜黄素浓度，因此未与游离姜黄素进行直接效力或选择性比较。在三只雄性Wistar大鼠皮下植入30天后进行的定性组织学评估显示，邻近组织结构保留，在所评估的切片中未见明显坏死、显著炎性浸润、有组织纤维囊或异物巨细胞反应。这些发现支持在MTT和定性评估限度内进一步评价GO-COOH-CUR。

本研究聚焦于癌症治疗中姜黄素递送的关键问题。癌症是一种高增殖性疾病，常规化疗、放疗等存在选择性差、系统毒性及多药耐药等局限。姜黄素（CUR）具有抗炎、抗氧化和抗癌活性，但水溶性差、稳定性低、生物利用度有限。氧化石墨烯（GO）因二维结构、高比表面积和丰富含氧官能团成为有前景的纳米载体，表面羧化可改善其胶体稳定性和细胞相容性。然而，目前缺乏将羧化修饰、理化表征、体外细胞毒性和体内组织反应整合在同一框架内的系统研究。因此，研究人员设计并制备了羧化氧化石墨烯-姜黄素纳米加合物（GO-COOH-CUR），评估其理化性质、对非肿瘤细胞和肿瘤细胞的体外毒性及皮下植入后的局部组织反应。

研究人员用氯乙酸钠对GO进行羧化得到GO-COOH，再通过非共价作用负载CUR。采用UV-vis、XPS、Raman、FTIR、XRD、SEM和AFM全面表征材料；以BHK-21（非肿瘤）和MCF-7（乳腺癌）细胞系进行MTT实验；并在3只雄性Wistar大鼠皮下植入30天后进行组织学评估。结果表明成功制备了GO-COOH-CUR，CUR包封效率为83.35%。与GO和GO-COOH相比，GO-COOH-CUR在BHK-21细胞中表现出更好的生物相容性，同时保留了对MCF-7细胞的剂量依赖性细胞毒性。体内组织学显示所有材料均未引起明显坏死、炎症或异物反应，其中GO-COOH-CUR组织整合更佳。这为石墨烯基药物递送平台的进一步生物医学应用提供了初步证据。

关键技术方法包括：紫外-可见光谱（UV-vis）测定包封效率；X射线光电子能谱（XPS）、拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）分析化学组成及结构；扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）观察形貌。体外细胞毒性采用MTT法，BHK-21细胞来自Universidad del Norte，MCF-7细胞来自IDCBIS（Bogotá，哥伦比亚）。体内实验选用3只雄性Wistar大鼠（来自Universidad del Valle的LABBIO），皮下植入30天后取材，进行苏木精-伊红（H&E）、Masson三色（MT）和Gomori三色（GT）染色。

### 3.1 表征结果

#### 3.1.1 紫外-可见光谱（UV-vis）
GO在247 nm处呈现C=C共轭体系吸收，羧化后出现204 nm吸收带。CUR在430 nm处有强吸收，形成加合物后红移至454 nm，表明CUR通过π–π作用与GO-COOH结合。根据公式计算包封效率为83.35%，即每100 g加合物含约45.46 g CUR。

#### 3.1.2 X射线光电子能谱（XPS）
XPS显示羧化后C/O比从3.24降至2.54，O-C=O组分增加，证明羧基成功引入；检测到残留Na和Cl，可能来自合成中的NaOH和NaCl。GO-COOH-CUR中C=O贡献增加，与CUR中的酮基一致。

#### 3.1.3 拉曼光谱
GO的I_D/I_G为0.93，羧化后升至1.29，表明缺陷增加；GO-COOH-CUR的I_D/I_G降至0.831，A_D′/A_D也降低，提示CUR通过π–π作用部分恢复石墨烯结构有序性。

#### 3.1.4 傅里叶变换红外光谱（FTIR）
GO-COOH在1718 cm^?1处出现羧基C=O伸缩峰。GO-COOH-CUR保留了GO-COOH特征峰，并出现CUR的1510、1153和1025 cm^?1特征吸收，证实CUR成功负载。

#### 3.1.5 X射线衍射（XRD）
GO的（001）峰在2θ=14.08°（d=0.629 nm），羧化后移至14.80°（d=0.598 nm），并出现26.55°处类石墨（002）峰；GO-COOH-CUR中在29.19°出现宽峰，与CUR晶体结构相关。

#### 3.1.6 扫描电子显微镜（SEM）
GO呈平整片层，GO-COOH堆叠增加、褶皱增多；GO-COOH-CUR表面可见CUR聚集体，表明CUR沉积于载体上。

#### 3.1.7 原子力显微镜（AFM）
所有样品均为多层结构。GO厚度约55.66 nm和9.32 nm；GO-COOH厚度约10–16 nm，层数约7–12层；GO-COOH-CUR最大厚度约27 nm，CUR贡献了部分厚度。

### 3.2 体外细胞活性试验
MTT结果显示，GO和GO-COOH在浓度高于25 μg mL^?1时对BHK-21细胞产生毒性，而GO-COOH-CUR在所有测试浓度（3.125–100 μg mL^?1）均将BHK-21活力维持在70%以上。对MCF-7细胞，游离CUR和GO-COOH在≥25 μg mL^?1时显示毒性，GO-COOH-CUR在≥50 μg mL^?1时显示毒性。尽管未能计算正式选择性指数，但非肿瘤/肿瘤细胞活力比始终大于1，提示对肿瘤细胞有一定优先毒性。

### 3.3 体内生物相容性

#### 3.3.1 GO组织学结果
GO以不规则沉积物存在于脂肪和肌肉附近，周围有松散胶原纤维和血管，未见坏死、纤维囊或炎性浸润。

#### 3.3.2 GO-COOH组织学结果
GO-COOH在植入区分散于脂肪组织中，残留材料较少，周围有胶原纤维和血管，无炎症或坏死迹象。

#### 3.3.3 GO-COOH-CUR组织学结果
GO-COOH-CUR沉积周围可见丰富胶原纤维，界面组织有序，有血管分布，无纤维囊、坏死或炎症反应，组织整合优于其他组。

### 3.4 研究局限性
研究样本量小、观察时间点单一，组织学评估为定性分析，需更大样本和特定应用模型进一步验证。

### 讨论总结与结论翻译
讨论指出，GO的毒性主要源于活性氧产生和膜损伤，而CUR的抗氧化性和物理屏蔽可降低其毒性。GO-COOH-CUR在体内表现出的胶原沉积和组织整合可能与CUR的抗炎特性及材料降解有关。结论部分翻译如下：本研究成功实现了GO的羧化功能化并负载CUR，多种表征证实了羧基引入和CUR结合。CUR包封效率为83.35%。生物学评估显示GO-COOH-CUR对BHK-21细胞具有更好的生物相容性，同时保留对MCF-7细胞的剂量依赖性细胞毒性。体内组织学评估显示所有石墨烯基系统均具有良好的组织反应，未引起坏死、显著炎症、纤维囊或异物反应。GO-COOH-CUR表现出更有序的组织反应，提示其与周围生物环境具有更好的相互作用。综上，GO-COOH-CUR是一种兼具组织相容性和抗肿瘤细胞毒性的有前景的石墨烯基平台，但其长期降解、CUR释放动力学、细胞摄取机制及分子通路仍需进一步研究。