Photothermal/pH Dual-Responsive Drug Delivery System van amino-beëindigde HBP-gemodificeerde rGO en de chemo-fotothermische therapie op tumorcellen

Resultaten en discussie

Fysische en chemische karakterisering

Na reactie met NHBP werd de GO-oplossing zwart van bruin, wat aangeeft dat GO met succes werd gereduceerd tot rGO en dispergeerbaar in water. Zoals getoond in Fig. 2a, b, werden TEM-afbeeldingen van GO en NrGO-30 respectievelijk tentoongesteld, terwijl er geen duidelijke crispatie of agglomeratie werd ontdekt op NrGO, wat onthulde dat de HBP-behandeling geen morfologische verandering zou veroorzaken bij het verminderen van de reactie. Op basis van de FT-IR-spectra in figuur 3, leek de transmissiecurve van NrGO-30 sterk op die van NHBP. Opvallend is dat de piek op 1725 cm ⁻¹ van GO was verdwenen na het verminderen van de reactie, waarvan werd gesuggereerd dat het de trillingsabsorptie van C =O uit de carboxygroep [22] was. Volgens de moleculaire structuur van amino-getermineerde NHBP reageerde de reductieve aminogroep met GO en werd een nieuwe FT-IR-piek gegenereerd bij 1633 cm ⁻¹ , die verondersteld wordt C-N te zijn van een amidobinding. Het zeta-potentiaalresultaat werd gepresenteerd in Fig. 4, uiteraard hadden alle NrGO-monsters een positief potentieel terwijl GO negatief was, wat aangeeft dat de carboxygroep van GO reageerde met de aminogroep van HBP. UV-vis-NIR-spectra (Fig. 5) werden gebruikt om de NIR-absorptie van NrGO te illustreren; de curven van NrGO-monsters met verschillende grondstoffenverhoudingen vertoonden een vergelijkbare trend met hoge absorptie in het NIR-gebied, wat gunstig is voor de toepassing in PTT. Terwijl de GO- en HBP-oplossing nauwelijks absorptie vertoonden in het NIR-gebied, wat suggereert dat de succesvolle fabricage van fotothermisch middel van GO en NHBP. Bovendien werd ook de nanogrootte van NrGO gemeten (Fig. 6), die geen duidelijke verandering vertoonde bij een verhoging van de NHBP-ratio.

TEM-afbeeldingen van GO (a ) en NrGO (b ). De inzetafbeelding is een optische foto die overeenkomt met de monsterdispersie met een concentratie van 1 mg/ml

FT-IR-spectra van GO, NrGO en NHBP

Zeta-potentiële test van GO- en NrGO-monsters

UV-vis-NIR-spectra van GO-, HBP- en NrGO-monsters

Nanogrootte-meting van NrGO-monsters

Meting van fotothermische eigenschappen

Op basis van de verkregen NrGO werden de fotothermische eigenschappen onderzocht onder 808 nm laserbestraling. Zoals weergegeven in Fig. 7, vertoonden de verwarmingscurven van water, GO en NrGO een andere trend. De temperatuur van zuiver water vertoonde bijna geen groei, en GO steeg slechts tot lager dan 5 °C, terwijl NrGO verbeterde tot 40 °C en NrGO-20 en NrGO-30 zelfs hoger dan 45 °C bereikten. NrGO kon NIR-laser absorberen om fotothermisch gedrag te activeren, en de efficiëntie van de fotothermische conversie werd verbeterd met verhoging van de HBP-ratio; daarom werd NrGO-30 gekozen om het volgende onderzoek te voltooien. Zoals geïllustreerd in figuur 7b, c, werd de bereikte temperatuur verhoogd met de NrGO-concentratie of toename van het laservermogen, en de laatste factor werd sterker beïnvloed. 41–43 °C bleek geschikt te zijn voor remming van tumorcellen met weinig negatief effect op normale cellen; dus de bereide NrGO zou kunnen voldoen aan de eis van PTT in een lage dosering en laserpoeder. Vervolgens werd de fotothermische stabiliteit getest en getoond in figuur 7d, er is geen duidelijk verschil na drie aan / uit-cycli. Zo verkreeg NrGO geweldige fotothermische eigenschappen in de NIR-regio. Om de absorptiestabiliteit van NrGO voor en na NIR-laserbestraling te bevestigen, werden de UV-vis-spectra getoond in Fig. 8. Het is duidelijk dat de curve niet veranderde na NIR-bestraling, het onthullen van de NIR-bestraling zou de absorptie van NrGO niet beïnvloeden.

Meting van fotothermische eigenschappen. een Verwarmingscurven van water-, GO- en NrGO-monsters (200 μg/ml) onder 808 nm laserstraling (1 W/cm ² ). b Verwarmingscurves van NrGO-30 met verschillende concentraties onder 808 nm laserstraling (1 W/cm ² ). c Verwarmingscurven van NrGO-30 (200 μg/ml) onder 808 nm laserbestraling bij verschillende vermogensdichtheid. d Temperatuurveranderingscurve van NrGO-30 (200 μg/ml) onder 808 nm laserbestraling voor cyclusbestraling van drie keer (1 W/cm ² )

UV-vis-NIR-spectra van NrGO voor en na NIR-laserbestraling

Drugsleveringsgedragstest

Nadat DOX op NrGO was geladen, werd het medicijnafgifte-experiment uitgevoerd. Vanwege de zwak zure omgeving van tumorweefsel werden de invloed van NIR-bestraling en pH beide bestudeerd. Hierin werd PBS met een pH van 7,4 of 4,0 toegepast om respectievelijk het normale of tumorweefsel na te bootsen. Zoals getoond in Fig. 9 was de medicijnafgiftesnelheid duidelijk versneld onder lage pH en NIR-bestraling. Aan de ene kant zou de aminogroep van NrGO worden geïoniseerd bij een lage pH-waarde, en vervolgens zou de afstotende kracht tussen DOX en geïoniseerde aminogroepen worden verbeterd bij een lage pH, wat de medicijnafgifte versnelde en pH-gevoeligheid vertoonde. Bovendien zou de goede oplosbaarheid van DOX in een lage pH-conditie ook de medicijnafgiftesnelheid kunnen verhogen [23]. Aan de andere kant, met de NIR-laserbestraling, werd de lokale temperatuur verhoogd en werd de moleculaire bewegingssnelheid versneld. De DOX@NrGO was dus pH/fotothermisch gevoelig in het afleveringsgedrag van geneesmiddelen, wat gunstig is voor het regelen van de geneesmiddelafgiftesnelheid in tumorweefsel en voor chemo-fotothermische synergetische therapie.

In vitro geneesmiddelafgifteprofielen van DOX@NrGO onder verschillende omstandigheden

Cytotoxiciteit van NrGO

Biocompatibiliteit is de basisvereiste eigenschap in biomaterialen; dus werd de cytotoxiciteit van NrGO met verschillende concentraties aanvankelijk getest tijdens in vitro-experiment via MTT-assay. Zoals getoond in Fig. 10a, gaven de MTT-assayresultaten van 24 uur aan dat de levensvatbaarheid van de cellen meer dan 80% bleef wanneer de NrGO-concentratie 50 μg / ml bereikte, wat kan bewijzen dat NrGO goed biocompatibel was en werd beschouwd als veelbelovend biocompatibel PTT-agens in tumor remming.

een Cytotoxiciteitstest van NrGO bij verschillende concentraties gedurende 24 uur en 48 uur. b Onderzoek naar tumorcelremming van DOX@NrGO met verschillende behandeling

Synergetische remming van DOX@NrGO op tumorcellen

Op basis van de biocompatibiliteit van NrGO werd de tumorremmingswerkzaamheid van DOX@NrGO in vitro bestudeerd. Om de invloed van fotothermisch gedrag te onderzoeken, werd de NIR-laser 5 min bestraald op overeenkomstige tumorcellen met een vermogensdichtheid van 0,5 W/cm ² . Zoals aangetoond in Fig. 10b, toen tumorcellen 24 uur werden behandeld met DOX@NrGO, nam de levensvatbaarheid duidelijk af met concentratietoename, waaruit bleek dat de vrijgekomen DOX de proliferatie van tumorcellen zou kunnen remmen. Bovendien nam de levensvatbaarheid veel sneller af wanneer ook NIR-bestraling werd toegepast, wat aangeeft dat de verhoogde temperatuur en DOX-afgiftesnelheid chemo-fotothermische synergetische therapie zouden kunnen spelen.

Na kleuring met DAPI werden de cellen waargenomen onder confocale laser scanning microscopie (CLSM), de kern werd blauw gekleurd en de beelden van verschillende behandelingen werden respectievelijk weergegeven in Fig. 11a-c. De cellen gekweekt met NrGO waren met een grote hoeveelheid overgespreid (Fig. 11a) op de culturele plaat, terwijl het aantal afnam bij behandeling met DOX@NrGO (Fig. 11b), wat aantoont dat de vrijgekomen DOX de tumorproliferatie zou kunnen remmen. Het is significant dat tumorcellen in het NIR-laserblootstellingsgebied efficiënt werden vernietigd en eraf vielen, wat resulteerde in een donker gebied op de afbeelding (Fig. 11c).

CLSM-beelden van DAPI (blauw) gekleurde celkernen na behandeling met NrGO (a ), DOX@NrGO (b ), en DOX@NrGO+NIR (c ). (× 400)

Bovendien werd PI toegepast om tumorcelremming te observeren na chemo-fotothermische synergetische behandeling, wat een soort kleine moleculaire kleurstof is om dode cellen te kleuren tot rode fluorescentie. Zoals getoond in Fig. 12, werden zelden dode cellen (rode punt in de afbeelding) waargenomen in Fig. 12a wanneer er geen behandeling werd uitgevoerd, terwijl na chemo-fotothermische behandeling tumorcellen buiten het blootstellingsgebied leden aan de schade van DOX en hoge temperatuur om de levensvatbaarheid van de cellen verder te verminderen (Fig. 12b). Volgens de bovenstaande resultaten bleek DOX@NrGO een gewenste kandidaat te zijn voor tumortherapie.

PI-kleuring van tumorcellen met verschillende behandelingen. een Controle. b DOX@NrGO+NIR