Nanoparticule de paladiu biocompatibile acoperite cu oligozaharidă cu chitosan multimodal pentru tumoră
Subiecte
Abstract
Paladiul, un material plasmonic aproape în infraroșu a fost recunoscut pentru utilizarea sa în terapia fototermală ca alternativă la nanomaterialele de aur. Cu toate acestea, aplicația sa potențială nu a fost explorată bine în aplicațiile biomedicale. În studiul de față, nanoparticulele de paladiu au fost sintetizate și suprafața particulelor a fost modificată cu succes cu oligozaharidă chitosanică (COS), ceea ce a îmbunătățit biocompatibilitatea particulelor. Mai important, particulele au fost funcționalizate cu peptida RGD, ceea ce îmbunătățește acumularea de particule în celulele cancerului de sân MDA-MB-231 și are ca rezultat efecte terapeutice fototermale îmbunătățite sub un laser de 808 nm. Nanoparticulele de paladiu acoperite cu COS legate de peptide RGD (Pd @ COS-RGD) au o bună biocompatibilitate, dispersie a apei și stabilitate coloidală și fiziologică. Ei distrug tumora în mod eficient sub iluminare laser de 808 nm la 2 W cm -2 densitate de putere. Mai mult, Pd @ COS-RGD oferă o amplitudine bună a semnalelor fotoacustice, ceea ce facilitează imagistica țesuturilor tumorale utilizând un sistem de tomografie fotoacustică neinvazivă. În cele din urmă, fabricatul Pd @ COS-RGD acționează ca un agent nanoterostatic ideal pentru imagistica îmbunătățită și terapia tumorilor utilizând un laser neinvaziv în infraroșu apropiat.
Introducere
Agenții teranostici ne vizați reduc eficiența terapeutică prin acumularea nespecifică în alte țesuturi. Există două mecanisme posibile pentru a îmbunătăți selectivitatea tumorală a nanoparticulelor: (i) direcționarea pasivă prin reținerea îmbunătățită a permeabilității și (ii) direcționarea activă bazată pe un receptor specific de suprafață celulară cu un ligand pe nanoparticulele 17. Integrinele, proteine heterodimerice de adeziune celulară implicate în multe mecanisme, inclusiv atașamentul celular, angiogeneza și metastaza tumorilor solide, au fost identificate pentru direcționarea activă a țesutului tumoral în traseele clinice 18. Dintre diferitele tipuri de integrină, integrinele alfaV beta3 (αvβ3) sunt recunoscute ca ținte terapeutice promițătoare, deoarece sunt supraexprimate în timpul proliferării celulelor tumorale 19. În lucrarea de față, am funcționalizat Pd NPs cu un motiv RGD (acid arginină-glicină-acid aspartic) care se poate lega de integrinele αvβ3 de pe suprafața celulei și, eventual, poate mări reglarea agentului fototerapeutic la locul tumorii.
Chitosanul este un polimer natural, biodegradabil, netoxic, cationic, utilizat pe scară largă în industria farmaceutică, cosmetică și în industria alimentară 20. Chitosanul este obținut în mare parte din chitina învelișului crustaceului și este compus din d-glucozamină legată de β-1,4. În forma sa nativă, chitosanul are o solubilitate redusă în mediu apos fără acid, ceea ce și-a restricționat aplicarea în domeniul farmaceutic. În ultimii ani, studii intensive au condus la dezvoltarea unei oligozaharide chitosanice (COS) cu greutate moleculară mică și solubilă în apă din chitosan. Datorită proprietăților sale unice, COS a devenit un candidat excelent pentru diferite aplicații biomedicale, inclusiv administrarea de medicamente, livrarea genelor și ingineria țesuturilor 21. În lucrarea de față, suprafața Pd NPs a fost modificată cu un polimer COS (Pd @ COS NPs), care conferă biocompatibilitate și permite funcționalizarea în continuare cu alte molecule de interes prin chimia convențională de cuplare utilizând grupările amină și hidroxil prezente în polimer.
Cancerul de sân, unul dintre cele mai frecvente tipuri de cancer în rândul femeilor, duce la deces la nivel mondial datorită rezistenței terapeutice la chimioterapia tradițională 22. Cancerul de sân triple-negativ (TNBC) este un subtip de cancer de sân care se caracterizează prin expresia negativă a receptorului 2 de progesteron, estrogen și factor de creștere epidermic și poate fi metastazat agresiv 23. TNBC reprezintă 10-15% din cancerele de sân, iar pacienții cu acest subtip de cancer au rezultate slabe cu chimioterapia clinică. Linia celulară TNBC MDA-MB-231, care a fost caracterizată pentru expresia pozitivă 24 a integrinei αvβ3, care a fost aleasă ca model de linie celulară pentru a studia capacitatea de țintire a peptidelor RGD conjugate NP în prezentul studiu.
În lucrarea de față am sintetizat Pd NP biocompatibile acoperite cu COS și le-am funcționalizat cu peptidă RGD (Pd @ COS-RGD) pentru acumularea eficientă în celulele cancerului mamar. Mai mult, ablația fototermală pe bază de NIR și eficiența imagistică PAT a particulelor formulate au fost examinate folosind in vitro și in vivo modele.
Rezultate si discutii
Sistemul nanoparticulelor
Nanostructurile de paladiu au fost recunoscute în câmpurile biomedicale pentru proprietățile lor optice și catalitice remarcabile. Pregătirea ușoară a Pd NPs și modificarea treptată a suprafeței cu peptida COS și RGD sunt prezentate în Fig. 1a și Fig. S1. În primul rând, COS tiolat a fost acoperit pe suprafața Pd NPs prin abordări de schimb de ligand pentru a obține Pd @ COS NPs. În al doilea rând, anhidrida maleică a fost conjugată pe suprafața Pd @ COS NPs prin reacția de deschidere a inelului. Grupările anhidridă maleică pot reacționa cu grupările hidroxil (-OH) și amino secundare (-NH) prezente în unitățile polimerice COS pentru a produce grupări „ene” (Pd @ COS-COOH NPs). În cele din urmă, unitățile ciclice de peptidă RGD au fost conjugate cu succes pe Pd @ COS-COOH NPs folosind „chimia clicului tiol-ene” prin reacția dintre grupările tiol ale peptidei RGD și partea „ene” a Pd @ COS-COOH NPs pentru a obține Pd @ COS-RGD, care este produsul final (Fig. S1). Acumularea mediată de receptor de Pd @ COS-RGD în celulele tumorale și aplicația lor în mod dual pentru imagistica PTT și PAT sunt prezentate în Fig. 1b.
(A) O schemă care arată prepararea Pd NPs și acoperirea ulterioară a suprafeței cu oligozaharidă chitosană thiloated (Pd @ COS NPs) și în final funcționalizarea utilizând peptida RGD (Pd @ COS-RGD). (b) O ilustrare sistematică care arată ablația fototermală și imagistica fotoacustică a țesutului tumoral utilizând Pd @ COS-RGD.
Caracterizarea nanoparticulelor
În prezentul studiu, Pd NPs poroase au fost sintetizate urmând un protocol de creștere mediat de semințe într-o soluție apoasă cu clorură de cetiltrimetilamoniu (CTAC) ca agent stabilizant, așa cum este descris de Wang și colab. 25. Spectrul de absorbanță al Pd NPs observat de la UV-Vis la regiunea NIR (Fig. 2a), care califică Pd NPs ca potențial agent fototermic folosind un laser NIR. Figura 2b arată că dimensiunea PN Pd a fost relativ uniformă, cu o formă sferică asemănătoare unei flori care conține structuri poroase. Distribuția mărimii NP-urilor as-sintetizate a scăzut între 18 și 26 nm, cu o dimensiune medie de 22,26 ± 0,97 nm (Fig. S2a). Analiza prin difracție de electroni de suprafață selectată (SAED) arată natura cristalină a particulelor sintetizate (Fig. 2b). Franjurile de rețea detectate în modelul SAED [(111), (200), (220) și (311)] dezvăluie planurile cristaline ale Pd NPs. În plus, modelul XRD al Pd NPs sintetizate prezintă vârfuri la 40,1 °, 46,5 ° și 68,3 °, care corespund planurilor cristaline (111), (200) și (311) (Fig. 2c), susținând natura cristalină a Pd NPs (JCPDS nr. 46-1043). Intensitatea maximă la 40,1 ° (111) a fost cea mai intensă, în comparație cu alte vârfuri de reflexie, care pot reflecta direcția preferată a creșterii nanocristale 26 .