Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Máy phát nitric oxide nhạy cảm với kích thích cho liệu pháp quang nhiệt/khí phối hợp điều trị ung thư có điều kiện ánh sáng
Tóm tắt
Là một liệu pháp điều trị ung thư tại chỗ xâm lấn tối thiểu, liệu pháp quang nhiệt (PTT) đã thu hút được sự quan tâm mạnh mẽ trong những năm gần đây. Tuy nhiên, hiệu quả điều trị của PTT vẫn chưa đạt yêu cầu do sự sinh sản của protein sốc nhiệt. Liệu pháp kết hợp được coi là một chiến lược hứa hẹn để nâng cao hiệu quả điều trị. Trong nghiên cứu này, một nền tảng polymer nano thông minh dựa trên protoporphyrin (PpIX) được phát triển nhằm nâng cao sự phối hợp trong điều trị ung thư thông qua việc kết hợp PTT và liệu pháp nitric oxide (NO). Lõi của hạt nano được tạo thành từ các chất cho NO dựa trên porphyrin được xếp chặt và các nhánh PpIX của copolymer khối. Các hạt nano đã chuẩn bị cho thấy khả năng chuyển đổi quang nhiệt tốt và độ nhạy cao để giải phóng NO dưới ánh sáng chiếu sáng. Nhiệt độ cục bộ cao và nồng độ NO trong tế bào được tạo ra có thể ức chế hiệu quả tế bào ung thư cả trong điều kiện in vitro và in vivo. Quan trọng hơn, nền tảng nano điều trị này có thể loại bỏ hoàn toàn sự xuất hiện của kháng thuốc đa thuốc và vượt qua môi trường vi mô thiếu oxy trong các khối u do không sử dụng thuốc hóa trị và quy trình không phụ thuộc vào oxy, từ đó mở ra những ý tưởng mới cho thiết kế tác nhân điều trị đa chức năng trong điều trị ung thư kháng thuốc đa thuốc.
Từ khóa
#liệu pháp quang nhiệt; nitric oxide; ung thư; kết hợp; polymer nanoTài liệu tham khảo
Yan, J. J.; Zhang, X. D.; Liu, Y.; Ye, Y. Q.; Yu, J. C.; Chen, Q.; Wang, J. Q.; Zhang, Y. Q.; Hu, Q. Y.; Kang, Y. et al. Shape-controlled synthesis of liquid metal nanodroplets for photothermal therapy. Nano Res., 2019, 12, 1313–1320.
Yang, C. Y.; Chen, Y. D.; Guo, W.; Gao, Y.; Song, C. Q.; Zhang, Q.; Zheng, N. N.; Han, X. J.; Guo, C. S. Bismuth ferrite-based nanoplatform design: An ablation mechanism study of solid tumor and NIR-triggered photothermal/photodynamic combination cancer therapy. Adv. Funct. Mater. 2018 28, 1706827.
Wang, Y.; Wei, G. Q.; Zhang, X. B.; Xu, F. N.; Xiong, X.; Zhou, S. B. A step-by-step multiple stimuli-responsive nanoplatform for enhancing combined chemo-photodynamic therapy. Adv. Mater. 2017 29, 1605357.
Zhao, N.; Wu, B. Y.; Hu, X. L.; Xing, D. NIR-triggered high-efficient photodynamic and chemo-cascade therapy using caspase-3 responsive functionalized upconversion nanoparticles. Biomaterials 2017 141, 40–49.
Han, K.; Zhu, J. Y.; Jia, H. Z.; Wang, S. B.; Li, S. Y.; Zhang, X. Z.; Han, H. Y. Mitochondria-targeted chimeric peptide for trinitarian overcoming of drug resistance. ACS Appl. Mater. Interfaces 2016 8, 25060–25068.
Chen, H. B.; Gu, Z. J.; An, H. W.; Chen, C. Y.; Chen, J.; Cui, R.; Chen, S. Q.; Chen, W. H.; Chen, X. S.; Chen, X. Y. et al. Precise nanomedicine for intelligent therapy of cancer. Sci. China Chem. 2018 61, 1503–1552.
Li, X. S.; Kwon, N.; Guo, T.; Liu, Z.; Yoon, J. Innovative strategies for hypoxic-tumor photodynamic therapy. Angew. Chem., Int. Ed. 2018 57, 11522–11531.
Zhang, W. T.; Li, S. H.; Liu, X. N.; Yang, C. Y.; Hu, N.; Dou, L. N.; Zhao, B. X.; Zhang, Q. Y.; Suo, Y. R.; Wang, J. L. Oxygen-generating MnO2 nanodots-anchored versatile nanoplatform for combined chemo-photodynamic therapy in hypoxic cancer. Adv. Funct. Mater. 2018 28, 1706375.
Li, X. S.; Yu, S.; Lee, D.; Kim, G.; Lee, B.; Cho, Y.; Zheng, B. Y.; Ke, M. R.; Huang, J. D.; Nam, K. T. et al. Facile supramolecular approach to nucleic-acid-driven activatable nanotheranostics that overcome drawbacks of photodynamic therapy. ACS Nano 2018 12, 681–688.
Deng, K. R.; Li, C. X.; Huang, S. S.; Xing, B. G.; Jin, D. Y.; Zeng, Q. G.; Hou, Z. Y.; Lin, J. Recent progress in near infrared light triggered photodynamic therapy. Small 2017 13, 1702299.
Celli, J. P.; Spring, B. Q.; Rizvi, I.; Evans, C. L.; Samkoe, K. S.; Verma, S.; Pogue, B. W.; Hasan, T. Imaging and photodynamic therapy: Mechanisms, monitoring, and optimization. Chem. Rev. 2010 110, 2795–2838.
He, H.; Ji, S. S.; He, Y.; Zhu, A. J.; Zou, Y. L.; Deng, Y. B.; Ke, H. T.; Yang, H.; Zhao, Y. L.; Guo, Z. Q. et al. Photoconversion-tunable fluorophore vesicles for wavelength-dependent photoinduced cancer therapy. Adv. Mater. 2017 29, 1606690.
Masuda, S.; Izpisua Belmonte, J. C. The microenvironment and resistance to personalized cancer therapy. Nat. Rev. Clin. Oncol. 2013 10, 79.
Mo, R.; Gu, Z. Tumor microenvironment and intracellular signal-activated nanomaterials for anticancer drug delivery. Mater. Today 2016 19, 274–283.
Zhu, H. J.; Li, J. C.; Qi, X. Y.; Chen, P.; Pu, K. Y. Oxygenic hybrid semiconducting nanoparticles for enhanced photodynamic therapy. Nano Lett. 2018 18, 586–594.
Chen, J.; Luo, H. L.; Liu, Y.; Zhang, W.; Li, H. X.; Luo, T.; Zhang, K.; Zhao, Y. X.; Liu, J. J. Oxygen-self-produced nanoplatform for relieving hypoxia and breaking resistance to sonodynamic treatment of pancreatic cancer. ACS Nano 2017 11, 12849–12862.
Chen, H. C.; Tian, J. W.; He, W. J.; Guo, Z. J. H2O2-activatable and O2-evolving nanoparticles for highly efficient and selective photodynamic therapy against hypoxic tumor cells. J. Am. Chem. Soc. 2015 137, 1539–1547.
Cheng, Y. H.; Cheng, H.; Jiang, C. X.; Qiu, X. F.; Wang, K. K.; Huan, W.; Yuan, A. H.; Wu, J. H.; Hu, Y. Q. Perfluorocarbon nanoparticles enhance reactive oxygen levels and tumour growth inhibition in photodynamic therapy. Nat. Commun. 2015 6, 8785.
Luo, Z. Y.; Zheng, M. B.; Zhao, P. F.; Chen, Z.; Siu, F. M.; Gong, P.; Gao, G. H.; Sheng, Z. H.; Zheng, C. F.; Ma, Y. F. et al. Self-monitoring artificial red cells with sufficient oxygen supply for enhanced photodynamic therapy. Sci. Rep. 2016 6, 23393.
Li, R. Q.; Zhang, C.; Xie, B. R.; Yu, W. Y.; Qiu, W. X.; Cheng, H.; Zhang, X. Z. A two-photon excited O2-evolving nanocomposite for efficient photodynamic therapy against hypoxic tumor. Biomaterials 2019 194, 84–93, DOI: 10.1016/j.biomaterials.2018.12.017.
Zhang, C.; Chen, W. H.; Liu, L. H.; Qiu, W. X.; Yu, W. Y.; Zhang, X. Z. An O2 self-supplementing and reactive-oxygen-species-circulating amplified nanoplatform via H2O/H2O2 splitting for tumor imaging and photodynamic therapy. Adv. Funct. Mater. 2017 27, 1700626.
Wang, X. Q.; Peng, M. Y.; Li, C. X.; Zhang, Y.; Zhang, M. K.; Tang, Y.; Liu, M. D.; Xie, B. R.; Zhang, X. Z. Real-time imaging of free radicals for mitochondria-targeting hypoxic tumor therapy. Nano Lett. 2018 18, 6804–6811.
Rong, Y.; Mack, P. Apoptosis induced by hyperthermia in dunn osteosarcoma cell line in vitro. Int. J. Hyperthermia 2000 16, 19–27.
Xiao, Z. Y.; Xu, C. T.; Jiang, X. H.; Zhang, W. L.; Peng, Y. X.; Zou, R. J.; Huang, X. J.; Liu, Q.; Qin, Z. Y.; Hu, J. Q. Hydrophilic bismuth sulfur nanoflower superstructures with an improved photothermal efficiency for ablation of cancer cells. Nano Res. 2016 9, 1934–1947.
Ye, S. Y.; Rao, J. M.; Qiu, S. H.; Zhao, J. L.; He, H.; Yan, Z. L.; Yang, T.; Deng, Y. B.; Ke, H. T.; Yang, H. et al. Rational design of conjugated photosensitizers with controllable photoconversion for dually cooperative phototherapy. Adv. Mater. 2018 30, 1801216.
Chen, H. B.; Adam, A.; Cheng, Y. F.; Tang, S.; Hartung, J.; Bao, E. D. Localization and expression of heat shock protein 70 with rat myocardial cell damage induced by heat stress in vitro and in vivo. Mol. Med. Rep. 2015 11, 2276–2284.
Wei, X.; Liu, L. Q.; Guo, X.; Wang, Y.; Zhao, J. Y.; Zhou, S. B. Lightactivated ROS-responsive nanoplatform codelivering apatinib and doxorubicin for enhanced chemo-photodynamic therapy of multidrug-resistant tumors. ACS Appl. Mater. Interfaces 2018 10, 17672–17684.
Wang, Y.; Wei, G. Q.; Zhang, X. B.; Huang, X. H.; Zhao, J. Y.; Guo, X.; Zhou, S. B. Multistage targeting strategy using magnetic composite nanoparticles for synergism of photothermal therapy and chemotherapy. Small 2018 14, 1702994.
Chen, Q.; Xu, L. G.; Liang, C.; Wang, C.; Peng, R.; Liu, Z. Photothermal therapy with immune-adjuvant nanoparticles together with checkpoint blockade for effective cancer immunotherapy. Nat. Commun. 2016 7, 13193.
Tang, P.; Liu, Y. C.; Liu, Y. M.; Meng, H. R.; Liu, Z. Y.; Li, K.; Wu, D. C. Thermochromism-induced temperature self-regulation and alternating photothermal nanohelix clusters for synergistic tumor chemo/photothermal therapy. Biomaterials 2019 188, 12–23.
Song, M. L.; Liu, N.; He, L.; Liu, G.; Ling, D. S.; Su, X. H.; Sun, X. L. Porous hollow palladium nanoplatform for imaging-guided trimodal chemo-, photothermal-, and radiotherapy. Nano Res. 2018 11, 2796–2808.
Wang, Y. Y.; Deng, Y. B.; Luo, H. H.; Zhu, A. J.; Ke, H. T.; Yang, H.; Chen, H. B. Light-responsive nanoparticles for highly efficient cytoplasmic delivery of anticancer agents. ACS Nano 2017 11, 12134–12144.
Huo, D.; Liu, S.; Zhang, C.; He, J.; Zhou, Z. Y.; Zhang, H.; Hu, Y. Hypoxia-targeting, tumor microenvironment responsive nanocluster bomb for radical-enhanced radiotherapy. ACS Nano 2017 11, 10159–10174.
Guo, Z.; Zhu, S.; Yong, Y.; Zhang, X.; Dong, X. H.; Du, J. F.; Xie, J. N.; Wang, Q.; Gu, Z. J.; Zhao, Y. L. Synthesis of BSA-coated BiOI@Bi2S3 semiconductor heterojunction nanoparticles and their applications for radio/photodynamic/photothermal synergistic therapy of tumor. Adv. Mater. 2017 29, 1704136.
Nam, J.; Son, S.; Ochyl, L. J.; Kuai, R.; Schwendeman, A.; Moon, J. J. Chemo-photothermal therapy combination elicits anti-tumor immunity against advanced metastatic cancer. Nat. Commun. 2018 9, 1074.
Ng, C. W.; Li, J. C.; Pu, K. Y. Recent progresses in phototherapy-synergized cancer immunotherapy. Adv. Funct. Mater. 2018 28, 1804688.
Pan, J. B.; Wang, Y. Q.; Zhang, C.; Wang, X. Y.; Wang, H. Y.; Wang, J. J.; Yuan, Y. Z.; Wang, X.; Zhang, X. J.; Yu, C. S. et al. Antigen-directed fabrication of a multifunctional nanovaccine with ultrahigh antigen loading efficiency for tumor photothermal-immunotherapy. Adv. Mater. 2018 30, 1704408.
Ge, R.; Liu, C. W.; Zhang, X.; Wang, W. J.; Li, B. X.; Liu, J.; Liu, Y.; Sun, H. C.; Zhang, D. Q.; Hou, Y. C. et al. Photothermal-activatable Fe3O4 superparticle nanodrug carriers with PD-L1 immune checkpoint blockade for anti-metastatic cancer immunotherapy. ACS Appl. Mater. Interfaces 2018 10, 20342–20355.
Ma, N.; Zhang, M. K.; Wang, X. S.; Zhang, L.; Feng, J.; Zhang, X. Z. NIR light-triggered degradable MoTe2 nanosheets for combined photothermal and chemotherapy of cancer. Adv. Funct. Mater. 2018 28, 1801139.
Yang, J.; Zhai, S. D.; Qin, H.; Yan, H.; Xing, D.; Hu, X. L. NIRcontrolled morphology transformation and pulsatile drug delivery based on multifunctional phototheranostic nanoparticles for photoacoustic imagingguided photothermal-chemotherapy. Biomaterials 2018 176, 1–12.
Zhang, Y. Y.; Yang, D.; Chen, H. Z.; Lim, W. Q.; Phua, F. S. Z.; An, G. H.; Yang, P. P.; Zhao, Y. L. Reduction-sensitive fluorescence enhanced polymeric prodrug nanoparticles for combinational photothermalchemotherapy. Biomaterials 2018 163, 14–24.
Wang, D. D.; Dong, H. F.; Li, M.; Cao, Y.; Yang, F.; Zhang, K.; Dai, W. B.; Wang, C. T.; Zhang, X. J. Erythrocyte-cancer hybrid membrane camouflaged hollow copper sulfide nanoparticles for prolonged circulation life and homotypic-targeting photothermal/chemotherapy of melanoma. ACS Nano 2018 12, 5241–5252, DOI: 10.1021/acsnano.7b08355.
Kim, J.; Yung, B. C.; Kim, W. J.; Chen, X. Y. Combination of nitric oxide and drug delivery systems: Tools for overcoming drug resistance in chemotherapy. J. Control. Release 2017 263, 223–230.
Fan, W. P.; Yung, B. C.; Chen, X. Y. Stimuli-responsive no release for on-demand gas-sensitized synergistic cancer therapy. Angew. Chem., Int. Ed. 2018 57, 8383–8394.
Hare, J. M.; Stamler, J. S. NO/redox disequilibrium in the failing heart and cardiovascular system. J. Clin. Invest. 2005 115, 509–517.
Masterson, T. A.; Arora, H.; Kulandavelu, S.; Carroll, R. S.; Kaiser, U. B.; Gultekin, S. H.; Hare, J. M.; Ramasamy, R. S-nitrosoglutathione reductase (GSNOR) deficiency results in secondary hypogonadism. J. Sex. Med. 2018 15, 654–661.
Garthwaite, J. Concepts of neural nitric oxide-mediated transmission. Eur. J. Neurosci. 2008 27, 2783–2802.
Dulce, R. A.; Mayo, V.; Rangel, E. B.; Balkan, W.; Hare, J. M. Interaction between neuronal nitric oxide synthase signaling and temperature influences sarcoplasmic reticulum calcium leak: Role of nitroso-redox balance. Circ. Res. 2015 116, 46–55.
Lundberg, J. O.; Gladwin, M. T.; Weitzberg, E. Strategies to increase nitric oxide signalling in cardiovascular disease. Nat. Rev. Drug Discov. 2015 14, 623–641.
Deepagan, V. G.; Ko, H.; Kwon, S.; Rao, N. V.; Kim, S. K.; Um, W.; Lee, S.; Min, J.; Lee, J.; Choi, K. Y. et al. Intracellularly activatable nanovasodilators to enhance passive cancer targeting regime. Nano Lett 2018 18, 2637–2644.
Wei, G. Q.; Wang, Y.; Huang, X. H.; Yang, G.; Zhao, J. Y.; Zhou, S. B. Enhancing the accumulation of polymer micelles by selectively dilating tumor blood vessels with no for highly effective cancer treatment. Adv. Healthc. Mater. 2018 7, 1801094.
Yang, T.; Zelikin, A. N.; Chandrawati, R. Progress and promise of nitric oxide-releasing platforms. Adv. Sci. 2018 5, 1701043.
Jin, Z. K.; Wen, Y. Y.; Hu, Y. X.; Chen, W. W.; Zheng, X. F.; Guo, W. S.; Wang, T. F.; Qian, Z. Y.; Su, B. L.; He, Q. J. MRI-guided and ultrasoundtriggered release of NO by advanced nanomedicine. Nanoscale 2017 9, 3637–3645.
Jia, X. B.; Zhang, Y. H.; Zou, Y.; Wang, Y.; Niu, D. C.; He, Q. J.; Huang, Z. J.; Zhu, W. H.; Tian, H.; Shi, J. L. et al. Dual intratumoral redox/ enzymeresponsive NO-releasing nanomedicine for the specific, high-efficacy, and low-toxic cancer therapy. Adv. Mater. 2018 30, 1704490.
Zhang, K.; Xu, H. X.; Jia, X. Q.; Chen, Y.; Ma, M.; Sun, L. P.; Chen, H. R. Ultrasound-triggered nitric oxide release platform based on energy transformation for targeted inhibition of pancreatic tumor. ACS Nano 2016 10, 10816–10828.
Guo, R. R.; Tian, Y.; Wang, Y. J.; Yang, W. L. Near-infrared laser-triggered nitric oxide nanogenerators for the reversal of multidrug resistance in cancer. Adv. Funct. Mater. 2017 27, 1606398.
Chen, L. J.; He, Q. J.; Lei, M. Y.; Xiong, L. W.; Shi, K.; Tan, L. W.; Jin, Z. K.; Wang, T. F.; Qian, Z. Y. Facile coordination-precipitation route to insoluble metal Roussin’s black salts for NIR-responsive release of NO for anti-metastasis. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017 9, 36473–36477.
Beckman, J. S.; Koppenol, W. H. Nitric oxide, superoxide, and peroxynitrite: The good, the bad, and ugly. Am. J. Physiol. 1996, 271, C1424–C1437.
Thomas, D. D. Breathing new life into nitric oxide signaling: A brief overview of the interplay between oxygen and nitric oxide. Redox Biol. 2015 5, 225–233.
Bourassa, J. L.; Ford, P. C. Flash and continuous photolysis studies of Roussin’s red salt dianion Fe2S2(NO)4 2- in solution. Coord. Chem. Rev. 2000, 200-202, 887–900.
Bourassa, J.; DeGraff, W.; Kudo, S.; Wink, D. A.; Mitchell, J. B.; Ford, P. C. Photochemistry of Roussin’s red salt, Na2[Fe2S2(NO)4], and of Roussin’s black salt, NH4[Fe4S3(NO)7], in situ nitric oxide generation to sensitize γ-radiation induced cell death. J. Am. Chem. Soc. 1997 119, 2853–2860.
Janczyk, A.; Wolnicka-Glubisz, A.; Chmura, A.; Elas, M.; Matuszak, Z.; Stochel, G.; Urbanska, K. NO-dependent phototoxicity of Roussin’s black salt against cancer cells. Nitric Oxide 2004 10, 42–50.
Yan, L. S.; Amirshaghaghi, A.; Huang, D.; Miller, J.; Stein, J. M.; Busch, T. M.; Cheng, Z. L.; Tsourkas, A. Protoporphyrin IX (PpIX)-coated superparamagnetic iron oxide nanoparticle (SPION) nanoclusters for magnetic resonance imaging and photodynamic therapy. Adv. Funct. Mater. 2018 28, 1707030.
Jin, C. S.; Lovell, J. F.; Chen, J.; Zheng, G. Ablation of hypoxic tumors with dose-equivalent photothermal, but not photodynamic, therapy using a nanostructured porphyrin assembly. ACS Nano 2013 7, 2541–2550.
Conrado, C. L.; Wecksler, S.; Egler, C.; Magde, D.; Ford, P. C. Synthesis and photochemical properties of a novel iron-sulfur-nitrosyl cluster derivatized with the pendant chromophore protoporphyrin IX. Inorg. Chem. 2004 43, 5543–5549.
Fuhrhop, J. H.; Demoulin, C.; Boettcher, C.; Koening, J.; Siggel, U. Chiral micellar porphyrin fibers with 2-aminoglycosamide head groups. J. Am. Chem. Soc. 1992 114, 4159–4165.
Seo, J.; Jang, J.; Warnke, S.; Gewinner, S.; Schöllkopf, W.; von Helden, G. Stacking geometries of early protoporphyrin IX aggregates revealed by gas-phase infrared spectroscopy. J. Am. Chem. Soc. 2016 138, 16315–16321.
Wecksler, S.; Mikhailovsky, A.; Ford, P. C. Photochemical production of nitric oxide via two-photon excitation with NIR light. J. Am. Chem. Soc. 2004 126, 13566–13567.
Qu, Q. Q.; Wang, Y.; Zhang, L.; Zhang, X. B.; Zhou, S. B. A nanoplatform with precise control over release of cargo for enhanced cancer therapy. Small 2016 12, 1378–1390.
Mallory, M.; Gogineni, E.; Jones, G. C.; Greer, L.; Simone II, C. B. Therapeutic hyperthermia: The old, the new, and the upcoming. Crit. Rev. Oncol. Hematol. 2016 97, 56–64.
Shah, B. P.; Pasquale, N.; De, G. J.; Tan, T.; Ma, J. J.; Lee, K. B. Core-shell nanoparticle-based peptide therapeutics and combined hyperthermia for enhanced cancer cell apoptosis. ACS Nano 2014 8, 9379–9387.
Cooper, C. E.; Giulivi, C. Nitric oxide regulation of mitochondrial oxygen consumption II: Molecular mechanism and tissue physiology. Am. J. Physiol. Cell Physiol. 2007, 292, C1993–C2003.
Elfering, S. L.; Sarkela, T. M.; Giulivi, C. Biochemistry of mitochondrial nitric-oxide synthase. J. Biol. Chem. 2002 277, 38079–38086.