Біосумісні наночастинки паладію, покриті олігосахаридом, покритими пухлиною, що містять пухлину, для
Предмети
Анотація
Паладій, плазмонічний інфрачервоний матеріал, визнаний своїм використанням у фототермічній терапії як альтернатива наноматеріалам золота. Однак його потенційне застосування недостатньо вивчено в біомедичних цілях. У цьому дослідженні були синтезовані наночастинки паладію, і поверхня частинок була успішно модифікована олігосахаридом хітозану (COS), що покращило біосумісність частинок. Що ще важливіше, частинки були функціоналізовані пептидом RGD, який покращує накопичення частинок у клітинах раку молочної залози MDA-MB-231 та призводить до посилених фототермічних терапевтичних ефектів під 808-нм лазером. Наночастинки паладію, пов’язані з пептидом RGD, покриті COS (Pd @ COS-RGD), мають хорошу біосумісність, дисперсність води, колоїдну та фізіологічну стабільність. Вони ефективно руйнують пухлину при лазерному освітленні 808 нм при щільності потужності 2 Вт см-2. Крім того, Pd @ COS-RGD дає хорошу амплітуду фотоакустичних сигналів, що полегшує візуалізацію тканин пухлини за допомогою неінвазивної системи фотоакустичної томографії. Нарешті, виготовлений Pd @ COS-RGD діє як ідеальний нанотерастичний засіб для посиленої візуалізації та терапії пухлин за допомогою неінвазивного ближнього інфрачервоного лазера.
Вступ
Нецільові тераностичні засоби знижують терапевтичну ефективність за рахунок неспецифічного накопичення в інших тканинах. Існує два можливі механізми поліпшення вибірковості пухлин щодо наночастинок: (i) пасивне націлювання завдяки посиленому збереженню проникності та (ii) активне націлювання на основі специфічного рецептора клітинної поверхні з лігандом на наночастинках 17. Інтегрини, гетеродимерні білки адгезії клітин, що беруть участь у багатьох механізмах, включаючи прикріплення клітин, ангіогенез та метастазування твердих пухлин, були визначені для активного націлювання пухлинної тканини на клінічних слідах 18. Серед різних типів інтегрину інтеграни alphaV beta3 (αvβ3) визнані перспективними терапевтичними мішенями, оскільки вони надмірно експресуються під час проліферації пухлинних клітин 19. У цій роботі ми функціоналізували Pd NP з мотивом RGD (аргінін-гліцин-аспарагінова кислота), який може зв'язуватися з αvβ3 інтегринами на поверхні клітини і, можливо, збільшити самонаведення фототерапевтичного агента до ділянки пухлини.
Хитозан - це природний, біологічно розкладається, нетоксичний, катіонний вуглеводний полімер, який широко використовується у фармацевтиці, косметиці та харчовій промисловості 20. Хітозан значною мірою отримують з хітину оболонки ракоподібних, і він складається з β-1,4-пов'язаного d -глюкозаміну. У своїй природній формі хітозан має низьку розчинність у безкислотному водному середовищі, що обмежило його застосування у фармацевтичній галузі. В останні роки інтенсивні дослідження призвели до розробки з хітозану олігосахариду хітозану (COS) з низькою молекулярною масою та водорозчинним. Завдяки своїм унікальним властивостям COS став прекрасним кандидатом для різних біомедичних застосувань, включаючи доставку ліків, доставку генів та тканинну інженерію 21. У даній роботі поверхня NP Pd була модифікована COS-полімером (Pd @ COS NPs), що забезпечує біосумісність та забезпечує подальшу функціоналізацію з іншими цікавими молекулами за допомогою звичайної хімії сполучення з використанням амінових та гідроксильних груп.
Рак молочної залози, один із найпоширеніших видів раку серед жінок, призводить до смерті у всьому світі через терапевтичну стійкість до традиційної хіміотерапії 22. Потрійний негативний рак молочної залози (ТНБК) - це підвид раку молочної залози, який характеризується негативною експресією прогестерону, естрогену та рецептора 2 епідермального фактора росту і може агресивно метастазувати 23. TNBC становить 10–15% випадків раку молочної залози, і пацієнти з цим підтипом раку мають погані результати при клінічній хіміотерапії. Клітинна лінія TNBC MDA-MB-231, яка була охарактеризована для позитивної експресії інтегрину αvβ3 24, яка була обрана як модельна клітинна лінія для вивчення цільової здатності кон'югованих з пептидом RGD НП у цьому дослідженні.
У цій роботі ми синтезували біосумісні НР Pd з покриттям COS і функціоналізували їх пептидом RGD (Pd @ COS-RGD) для ефективного накопичення в клітинах раку молочної залози. Крім того, з використанням досліджували фототермічну абляцію на основі NIR та ефективність візуалізації PAT сформульованих частинок в пробірці і в природних умовах моделі.
Результати і обговорення
Система наночастинок
Наноструктури паладію були визнані в біомедичних полях своїми чудовими оптичними та каталітичними властивостями. Потужна підготовка NP Pd та поетапна модифікація поверхні пептидом COS та RGD показані на рис. 1а та рис. S1. Спочатку тиольований COS наносили на поверхню NP Pd за допомогою підходів обміну лігандами для отримання NP Pd @ COS. По-друге, ангідрид малеїну кон'югувався на поверхню NP Pd @ COS за допомогою реакції розкриття кільця. Малеїнові ангідридні групи можуть реагувати з гідроксильними (-ОН) та вторинними аміно (-NH) групами, присутніми в полімерних одиницях COS, утворюючи “ен” -групи (Pd @ COS-COOH NPs). Нарешті, циклічні пептидні одиниці RGD були успішно кон'юговані на NP Pd @ COS-COOH за допомогою «хімії тиол-ен-кліку» шляхом реакції між тіоловими групами пептиду RGD та «ен» частиною Pd @ COS-COOH NP для отримання Pd @ COS-RGD, що є кінцевим продуктом (рис. S1). Осередковане рецепторами накопичення Pd @ COS-RGD в клітинах пухлини та їх дворежимне застосування для візуалізації PTT та PAT показано на рис. 1b.
(a) Схема, що демонструє підготовку NP Pd та подальше покриття поверхні покритим олігосахаридом хітозану (NP Pd @ COS) і, нарешті, функціоналізацію з використанням пептиду RGD (Pd @ COS-RGD). (b) Систематична ілюстрація, що демонструє фототермічну абляцію та фотоакустичне зображення пухлинної тканини за допомогою Pd @ COS-RGD.
Характеристика наночастинок
У цьому дослідженні пористі НП Pd синтезували, дотримуючись протоколу росту, опосередкованого насінням, у водному розчині з хлоридом цетилтриметиламмонію (CTAC) як стабілізуючим агентом, як описано Вангом та ін. 25. Спектр поглинання Pd NPs, який спостерігається від UV-Vis до NIR-області (рис. 2а), що кваліфікує Pd NP як потенційний фототермічний агент із використанням NIR-лазера. Малюнок 2b показує, що розмір НП Pd був відносно однорідним, із сферичною формою, схожою на квітку, що містить пористі структури. Розподіл за розмірами синтезованих NP Pd впав між 18 і 26 нм, із середнім розміром 22,26 ± 0,97 нм (рис. S2a). Аналіз вибраної області дифракції електронів (SAED) показує кристалічну природу синтезованих частинок (рис. 2б). Решітчасті бахроми, виявлені на малюнку SAED [(111), (200), (220) та (311)], виявляють кристалічні площини Pd NP. Крім того, рентгенівська картина синтезованих НЧ Pd показує піки при 40,1 °, 46,5 ° та 68,3 °, які відповідають (111), (200) та (311) кристалічним площинам (рис. 2в), що підтримують кристалічна природа NP Pd (JCPDS No 46–1043). Пікова інтенсивність при 40,1 ° (111) була найбільш інтенсивною порівняно з іншими піками відбиття, які можуть відображати бажаний напрямок росту нанокристалів 26 .