化疗-光热治疗-自促进饥饿治疗纳米治疗平台的构筑及对乳腺癌的治疗效果

doi:10.7503/cjcu20240467

高等学校化学学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (1): 20240467.doi: 10.7503/cjcu20240467

化疗-光热治疗-自促进饥饿治疗纳米治疗平台的构筑及对乳腺癌的治疗效果

马爽¹, 吕明杨¹, 张赐童²(), 刘轶¹()

^1.吉林大学化学学院, 超分子结构与材料国家重点实验室, 长春 130012
^2.吉林大学口腔医院综合口腔治疗科, 长春 130012

收稿日期:2024-10-16 出版日期:2025-01-10 发布日期:2024-11-26
通讯作者: 张赐童,刘轶 E-mail:zhangct14@163.com;yiliuchem@jlu.edu.cn
基金资助:
长春市科技发展计划项目(批准号: 23***13)、国家自然科学基金(82301113);吉林省自然科学基金(YDZJ202301ZYTS019);吉林省财政厅卫生人才项目(jcsz2023481-21)

Construction of Chemotherapy-Photothermal Therapy-Self-enhanced Starvation Therapy Nanoplatform and Its Application in Breast Cancer Treatment

MA Shuang¹, LYU Mingyang¹, ZHANG Citong²(), LIU Yi¹()

^1.State Key Laboratory of Supramolecular Structure and Materials，College of Chemistry，Jilin University，Changchun 130012，China
^2.Department of Oral Comprehensive Therapy，Hospital of Stomatology，Jilin University，Changchun 130012，China

Received:2024-10-16 Online:2025-01-10 Published:2024-11-26
Contact: ZHANG Citong, LIU Yi E-mail:zhangct14@163.com;yiliuchem@jlu.edu.cn
Supported by:
the Science and Technology Development Program of Changchun City, China(No.23***13), the National Natural Science Foundation of China(82301113);the Natural Science Foundation of Jilin Province, China(YDZJ202301ZYTS019);the Program for Public Health Talents of Jilin Province Department of Finance, China(jcsz2023481-21)

1. ESM to 20240467.pdf(972KB)

摘要/Abstract

摘要：

近年来, 随着纳米技术的不断发展, 多功能纳米复合材料在肿瘤治疗领域得到了广泛应用. 因肿瘤的异质性、复杂性以及多样性的特征, 使得单一的治疗手段很难达到理想的治疗效果. 因此, 将多种治疗方式相结合实现肿瘤的联合治疗成为了研究的热点. 本文设计了一种新型的纳米治疗平台, 在Pt@介孔Au纳米材料(Pt@Au)的表面包覆聚多巴胺(PDA)壳层, 并在PDA壳层中负载阿霉素(DOX), 在PDA壳层表面修饰葡萄糖氧化酶(GOx)和NH₂-PEG_5K-cRGD. NH₂-PEG_5K-cRGD可以与肿瘤细胞中过表达的αvβ₃整合素特异性结合, 实现纳米治疗平台在肿瘤区域的富集. DOX可以损伤肿瘤细胞的DNA, 用于化学治疗. 介孔Au和PDA优异的光热性能可以用于光热治疗. GOx可以与肿瘤细胞内的葡萄糖反应生成葡萄糖酸和H₂O₂, 实现饥饿治疗. Pt作为常见的类过氧化氢酶可以催化肿瘤细胞内H₂O₂分解生成O₂, 缓解肿瘤乏氧微环境, 促进饥饿治疗. 因此, 制备的Pt@Au@PDA-DOX-GOx-cRGD具有化疗-光热治疗-自促进饥饿治疗联合治疗肿瘤的能力.

关键词: 纳米治疗平台, 化疗, 光热治疗, 饥饿治疗, 乳腺癌

Abstract:

In recent years， with the continuous development of nanotechnology， multifunctional nanocomposites have been widely applied in the field of tumor therapy. Due to the heterogeneity， complexity， and diversity of tumors， single treatment approaches often fail to achieve ideal therapeutic outcomes. Therefore， combining multiple treatment methods to achieve synergistic tumor therapy has become a research hotspot. This paper designs a novel nanotherapy platform. A polydopamine（PDA） shell was coated on the surface of Pt@mesoporous Au nanomaterials（Pt@Au）， and doxorubicin（DOX） was loaded into the PDA shell. The surface of the PDA shell was modified with glucose oxidase（GOx） and NH₂-PEG_5K-cRGD. NH₂-PEG_5K-cRGD can specifically bind to the overexpressed αvβ₃ integrin in tumor cells， facilitating the accumulation of the nanotherapy platform in the tumor region. DOX can damage the DNA of tumor cells and is used for chemotherapy. The excellent photothermal properties of mesoporous Au and PDA can be used for photothermal therapy. GOx can react with glucose in tumor cells to produce gluconic acid and H₂O₂， achieving starvation therapy. Pt， as a common peroxidase mimic， can catalyze the decomposition of H₂O₂ in tumor cells to generate O₂， alleviating the hypoxic tumor microenvironment and promoting starvation therapy. Therefore， the Pt@Au@PDA-DOX-GOx-cRGD possesses the ability to perform chemotherapy-photothermal therapy-self-enhanced starvation therapy for combined tumor treatment.

Key words: Nanotherapy platform, Chemotherapy, Photothermal therapy, Starvation therapy, Breast cancer

中图分类号:

O625.31

TrendMD:

马爽, 吕明杨, 张赐童, 刘轶. 化疗-光热治疗-自促进饥饿治疗纳米治疗平台的构筑及对乳腺癌的治疗效果. 高等学校化学学报, 2025, 46(1): 20240467.

MA Shuang, LYU Mingyang, ZHANG Citong, LIU Yi. Construction of Chemotherapy-Photothermal Therapy-Self-enhanced Starvation Therapy Nanoplatform and Its Application in Breast Cancer Treatment. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(1): 20240467.

图/表 20

Fig.1 TEM images of Pt@Au(A), Pt@Au@PDA⁃DOX(B) and Pt@Au@PDA⁃DOX⁃GOx⁃cRGD(C), FTIR spectra(D) and zeta potential(E) of Pt@Au, Pt@Au@PDA⁃DOX and Pt@Au@PDA⁃DOX⁃GOx⁃cRGD, XRD patterns of Pt@Au(F)(E) a. Pt@Au; b. Pt@Au@PDA⁃DOX; c. Pt@Au@PDA⁃DOX⁃GOx⁃cRGD.

Fig.2 Pt@Au(A) and Pt@Au@PDA(D) temperature rise curves at different concentrations, heat⁃up curves of Pt@Au(B) and Pt@Au@PDA(E) at different laser powers, photothermal conversion efficiency of Pt@Au(C) and Pt@Au@PDA(F)

Fig.3 Heat transfer time for Pt@Au 322 s(A) and Pt@Au@PDA 334 s(C), photothermal stabilities of Pt@Au(B) and Pt@Au@PDA(D)

Fig.4 UV⁃Vis absorption profiles of the supernatant of DOX⁃loaded nanoparticles after centrifugations(A), drug release profile of Pt@Au@PDA⁃DOX⁃GOx at pH=5.0+NIR, pH=5.0, pH=7.4(B)

Fig.5 pH change in solution(A), H2O2 standard curve(B), H2O2 concentration change in the solution(C), dissolved O2 changes in solution(D)

Fig.6 Cellular uptake images of PAPDG and PAPDGR

Fig.7 Comparison of DOX red fluorescence intensity in cells after cellular uptake of different materials(A), cytotoxicity of PAPDGR on normal and tumour cells(B), cytotoxicity of PAPDGR cultured in high sugar/no sugar DMEM(C), cytotoxicity of PAPDGR and APDGR under anaerobic conditions(D)

Fig.8 Summary of cytotoxicity of nanoparticles under different conditions of Ctrl, PAPR, PAPR+NIR, PAPDR, PAPDR+NIR, PAPDGR, PAPDGR+NIR(A), comparison of red and green fluorescence intensity of AM/PI cell staining under different conditions(B)（B） a—g. Ctrl， PAPR， PAPR+NIR， PAPDR， PAPDR+NIR， PAPDGR， PAPDGR+NIR.

Fig.9 AM/PI cell staining under different conditions of Ctrl(A), PAPR(B), PAPR+NIR(C), PAPDR(D), PAPDR+NIR(E), PAPDGR(F) and PAPDGR+NIR(G)

Fig.10 Flow cytometry tests for apoptosis and necrosis in Ctrl(A), PAPR(B), PAPR+NIR(C), PAPDR(D), PAPDR+NIR(E), PAPDGR(F) and PAPDGR+NIR(G) under different conditions

Fig.11 Bax(A), Bcl⁃2(B), Cyt⁃C(C) proteins and HIF⁃1α hypoxia factor(D) content after different treatments（A—C） a—f. Ctrl， PAPR， PAPDR， PAPDR+NIR， PAPDGR， PAPDGR+NIR.

Fig.12 Changes in intracellular pH in the fluorescence field of view of different experimental subgroups（A） Ctrl；（B） PAPR；（C） PAPR+NIR；（D） PAPDR；（E） PAPDR+NIR；（F） PAPDGR；（G） PAPDGR+NIR；（H） APDGR.

Fig.13 Fluorescence intensity of intracellular pH changes in the fluorescence field of view of different experimental subgroups(A), fluorescence intensity showing the oxygen content of Ctrl, PAPDGR and APDGR under normoxic and anaerobic conditions(B) and intracellular H2O2 content in the Ctrl, PAPDGR and APDGR groups(C)（A） a. Ctrl， b. PAPR， c. PAPR+NIR， d. PAPDR， e. PAPDR+NIR， f. PAPDGR， g. PAPDGR+NIR， h. APDGR.

Fig.14 O2 content of Ctrl(A, D), PAPDGR(B, E) and APDGR(C, F) groups under normoxia(A—C) and anaerobic conditions(D—F)

Fig.15 Elemental Au distribution of PAPDGR in major organs and tumor sites at different time points

Fig.16 Infrared thermograms of tumor regions of Balb/c mice at different time points in Ctrl+NIR, PAPR+NIR, PAPDR+NIR, PAPDGR+NIR groups

Fig.17 Body weight changes(A) and tumor volume changes(B) in mice within 16 d

Fig.18 H&E staining of mouse tumours of Ctrl(A), PAPR(B), PAPR+NIR(C), PAPDR(D), PAPDR+NIR(E), PAPDGR(F) and PAPDGR+NIR(G)

Fig.19 Expression of the mouse tumor hypoxia factor HIF⁃1α of Ctrl(A), PAPR(B), PAPR+NIR(C), PAPDR(D), PAPDR+NIR(E), PAPDGR(F), PAPDGR+NIR(G) and APDGR(H)

Fig.20 TUNEL section staining of mouse tumors of Ctrl(A), PAPR(B), PAPR+NIR(C), PAPDR(D), PAPDR+NIR(E), PAPDGR(F) and PAPDGR+NIR(G)

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