探索通过碳基纳米酶的双重催化增强肿瘤微环境敏化以提高光动力治疗效果

基本信息

英文标题：Tumor microenvironment sensitization via dual-catalysis of carbon-based nanoenzyme for enhanced photodynamic therapy

中文标题： 通过碳基纳米酶的双重催化增强肿瘤微环境敏化以提高光动力治疗效果

发表期刊：《Journal of Colloid and Interface Science》

影响因子：9.9

作者单位：沈阳药学院药学系、沈阳药学院制药工程系

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

光动力治疗(PDT)在肿瘤治疗中受到限制，因为肿瘤微环境(TME)具有成熟的抗氧化屏障，且光敏剂具有光毒性/易降解特性。为了克服这些限制，研究者制备了掺杂Cu2+的空心碳纳米粒子(CHC)，以保护装载的光敏剂，并通过谷胱甘肽耗竭和过氧化物酶(POD)样活性来敏化TME，从而增强PDT效果。

研究方法

通过硬模板法制备了Cu2+掺杂的空心碳纳米粒子(CHC)和非Cu2+掺杂的空心碳纳米粒子(HC)。通过透射电子显微镜(TEM)、粒径分析仪、N2吸附/脱附分析仪、X射线衍射(XRD)等对CHC和HC进行了表征。通过近红外光照射下的温度变化评估了CHC的光热转换效率。通过3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)和5,5'-二硫双(2-硝基苯甲酸)(DTNB)试剂评估了CHC的POD样活性和GSH耗竭能力。通过细胞摄取、活性氧(ROS)生成和GSH耗竭能力评估了CHC在细胞水平上的效果。通过小鼠肿瘤模型评估了CHC的体内抗肿瘤效果。

实验结果

ICG/CHC-HA的制备过程和增强PDT-PTT联合治疗的示意图。

ICG/CHC-HA的LE和EE，ICG/CHC-HA的药物释放曲线，以及ICG/CHC-HA在日光照射下的细胞存活率。

体内荧光成像，小鼠在NIR光照射下的热成像照片，以及在24小时内收集的主要组织的荧光成像和数量分析。

治疗后肿瘤切片的ROS生成、GSH水平和Caspase-3免疫荧光图像。

图中涵盖了治疗方法的有效性、药物释放特性、细胞内反应、体内成像等方面。这些图的数据和结果对于评估治疗方法的有效性、药物释放的性能、细胞内反应的机制以及治疗对肿瘤生长和转移的影响至关重要。

CHC显著提高了POD样反应的最大速度(Vm)8.4倍。通过涂覆透明质酸(HA)，CHC上的活性位点被暂时掩盖，具有较低的催化特性，并在TME中过度表达的透明质酸酶作用下恢复。由于CHC的优秀光热转换效率(32.5%)和空心结构，装载的光敏剂得到了很好的保护，避免了阳光激活引起的不必要的光毒性和在近红外光照射下的快速降解。体内抗肿瘤实验表明，光热-光动力效应的结合实现了最佳的抗肿瘤效果(肿瘤抑制率87.8%)，并且能有效抑制细胞迁移，减少了肺转移结节的数量74%。

研究结论

由于肿瘤微环境(TME)的成熟抗氧化屏障和光敏剂的光毒性/易降解特性，我们制备了Cu2+掺杂的 hollow carbon nanoparticles (CHC) 来保护负载的光敏剂，并通过谷胱甘肽耗竭和过氧化物酶(POD)样活性来敏化ME，以增强光动力疗法(PDT)。

CHC显著增加了光敏剂的POD样反应的最大速度(Vm)达8.4倍。

通过与透明质酸(HA)结合，CHC上的活性位点被暂时遮盖，具有低催化性能，在TME中表达过多的透明质酸酶时能够恢复。

由于CHC出色的光热转换效率(32.5%)和空心结构，负载的光敏剂在近红外光照射下能够很好地免受阳光激活引起的非期望光毒性和快速降解。

在体内抗肿瘤实验中，光热和光动力效应的组合与任何单一疗法相比实现了最佳的抗肿瘤效果(肿瘤抑制率为87.8%)。

光热和光动力效应的结合能够有效抑制细胞迁移，表现为肺转移结节数量减少了74%。

本研究提供了一个综合平台，用于保护光敏剂和敏化TME，以增强光动力疗法。