今天和大家分享的文獻(xiàn)是來自沈陽藥學(xué)院發(fā)表(IF 9.9)：探索通過碳基納米酶的雙重催化增強(qiáng)腫瘤微環(huán)境敏化以提高光動力治療效果。

基本信息

英文標(biāo)題：Tumor microenvironment sensitization via dual-catalysis of carbon-based nanoenzyme for enhanced photodynamic therapy

中文標(biāo)題： 通過碳基納米酶的雙重催化增強(qiáng)腫瘤微環(huán)境敏化以提高光動力治療效果

發(fā)表期刊：《Journal of Colloid and Interface Science》

影響因子：9.9

作者單位：沈陽藥學(xué)院藥學(xué)系、沈陽藥學(xué)院制藥工程系

作者信息：Shuaipeng Feng, Yan Xiao, Junya Lu, Ziang Chen, Zhouyu Jiang, Qingqing Xu, Wei Gu, Siling Wang, Qinfu Zhao

研究背景

光動力治療(PDT)在腫瘤治療中受到限制，因為腫瘤微環(huán)境(TME)具有成熟的抗氧化屏障，且光敏劑具有光毒性/易降解特性。為了克服這些限制，研究者制備了摻雜Cu2+的空心碳納米粒子(CHC)，以保護(hù)裝載的光敏劑，并通過谷胱甘肽耗竭和過氧化物酶(POD)樣活性來敏化TME，從而增強(qiáng)PDT效果。

研究方法

通過硬模板法制備了Cu2+摻雜的空心碳納米粒子(CHC)和非Cu2+摻雜的空心碳納米粒子(HC)。通過透射電子顯微鏡(TEM)、粒徑分析儀、N2吸附/脫附分析儀、X射線衍射(XRD)等對CHC和HC進(jìn)行了表征。通過近紅外光照射下的溫度變化評估了CHC的光熱轉(zhuǎn)換效率。通過3,3',5,5'-四甲基聯(lián)苯胺(TMB)和5,5'-二硫雙(2-硝基苯甲酸)(DTNB)試劑評估了CHC的POD樣活性和GSH耗竭能力。通過細(xì)胞攝取、活性氧(ROS)生成和GSH耗竭能力評估了CHC在細(xì)胞水平上的效果。通過小鼠腫瘤模型評估了CHC的體內(nèi)抗腫瘤效果。

實驗結(jié)果

ICG/CHC-HA的制備過程和增強(qiáng)PDT-PTT聯(lián)合治療的示意圖。

ICG/CHC-HA的LE和EE，ICG/CHC-HA的藥物釋放曲線，以及ICG/CHC-HA在日光照射下的細(xì)胞存活率。

體內(nèi)熒光成像，小鼠在NIR光照射下的熱成像照片，以及在24小時內(nèi)收集的主要組織的熒光成像和數(shù)量分析。

治療后腫瘤切片的ROS生成、GSH水平和Caspase-3免疫熒光圖像。

圖中涵蓋了治療方法的有效性、藥物釋放特性、細(xì)胞內(nèi)反應(yīng)、體內(nèi)成像等方面。這些圖的數(shù)據(jù)和結(jié)果對于評估治療方法的有效性、藥物釋放的性能、細(xì)胞內(nèi)反應(yīng)的機(jī)制以及治療對腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的影響至關(guān)重要。

CHC顯著提高了POD樣反應(yīng)的最大速度(Vm)8.4倍。通過涂覆透明質(zhì)酸(HA)，CHC上的活性位點被暫時掩蓋，具有較低的催化特性，并在TME中過度表達(dá)的透明質(zhì)酸酶作用下恢復(fù)。由于CHC的優(yōu)秀光熱轉(zhuǎn)換效率(32.5%)和空心結(jié)構(gòu)，裝載的光敏劑得到了很好的保護(hù)，避免了陽光激活引起的不必要的光毒性和在近紅外光照射下的快速降解。體內(nèi)抗腫瘤實驗表明，光熱-光動力效應(yīng)的結(jié)合實現(xiàn)了最佳的抗腫瘤效果(腫瘤抑制率87.8%)，并且能有效抑制細(xì)胞遷移，減少了肺轉(zhuǎn)移結(jié)節(jié)的數(shù)量74%。

研究結(jié)論

由于腫瘤微環(huán)境(TME)的成熟抗氧化屏障和光敏劑的光毒性/易降解特性，我們制備了Cu2+摻雜的 hollow carbon nanoparticles (CHC) 來保護(hù)負(fù)載的光敏劑，并通過谷胱甘肽耗竭和過氧化物酶(POD)樣活性來敏化ME，以增強(qiáng)光動力療法(PDT)。

CHC顯著增加了光敏劑的POD樣反應(yīng)的最大速度(Vm)達(dá)8.4倍。

通過與透明質(zhì)酸(HA)結(jié)合，CHC上的活性位點被暫時遮蓋，具有低催化性能，在TME中表達(dá)過多的透明質(zhì)酸酶時能夠恢復(fù)。

由于CHC出色的光熱轉(zhuǎn)換效率(32.5%)和空心結(jié)構(gòu)，負(fù)載的光敏劑在近紅外光照射下能夠很好地免受陽光激活引起的非期望光毒性和快速降解。

在體內(nèi)抗腫瘤實驗中，光熱和光動力效應(yīng)的組合與任何單一療法相比實現(xiàn)了最佳的抗腫瘤效果(腫瘤抑制率為87.8%)。

光熱和光動力效應(yīng)的結(jié)合能夠有效抑制細(xì)胞遷移，表現(xiàn)為肺轉(zhuǎn)移結(jié)節(jié)數(shù)量減少了74%。

本研究提供了一個綜合平臺，用于保護(hù)光敏劑和敏化TME，以增強(qiáng)光動力療法。