Gegerichte MoSe₂-nanodots in albumine-nanospheren: Een biocompatibel dubbele-modaliteit agent voor synergistische fotothermale radiotherapie

Achtergrond

Borstkanker blijft een toonaangevende oorzaak van morbiditeit wereldwijd, met hoge metastase- en recidiefsnelheden. Conventionele therapieën - chirurgie, chemotherapie, en radiotherapie (RT) - compromitteren vaak gezond weefsel en lijden onder beperkte effectiviteit, vooral in hypoxische tumor-micro-omgevingen. Recente vooruitgang in fotothermale therapie (PTT) heeft minimale invasiviteit en hoge ruimtelijke specificiteit gedemonstreerd, doch PTT alleen faalt vaak om diepe of onbereikbare tumoren te eradiceren. Opvallend kan NIR-geïnduceerde hyperthermie tumor-oxygenatie verbeteren, wat kankercellen vatbaarder maakt voor RT. Daarom biedt een gecombineerde PTT-RT-benadering een overtuigende route om therapeutische resultaten te maximaliseren terwijl collaterale schade wordt gemitigeerd.

Twee-dimensionale transitiemetaal-dichalcogeniden (TMD's), inclusief MoS₂, WS₂, en ReS₂, zijn uitgegroeid tot krachtige NIR-absorbers en radiosensitisers vanwege hun unieke elektronische eigenschappen. Molybdeen-selenide (MoSe₂) specifiek heeft sterke fotothermale conversie en hoge Röntgen-attenuatie getoond, wat het een aantrekkelijke kandidaat maakt voor dubbele-modus therapie. Echter, de inherent instabiliteit van MoSe₂ ND's in fysiologische condities beperkt hun klinische vertaling. Encapsulatie binnen proteïne-matrices zoals BSA kan deze nanodots stabiliseren en biocompatibiliteit verlenen, terwijl FA-conjugatie tumor-gerichte capaciteit biedt via foliaatreceptoren die overexprimes zijn op veel kankercellen.

Methodes

Materialen

FA-PEG₅₀₀₀-NHS en CH₃-PEG₅₀₀₀-NHS (Shanghai Ponsure Biotech) werden gebruikt voor FA-hechting. Bulk MoSe₂ (Sigma-Aldrich), BSA (≥98% zuiverheid), en standaard celcultuur-reagentia (Corning) werden doorheen gebruikt.

Bereiding van FA-MoSe₂@BSA NS's

Bulk MoSe₂ (50 mg) werd gedispergeerd in 25 mL gedemineraliseerd water, gesonicereerd (950 W, 25 kHz) gedurende 12 uur (2 s aan/3 s uit) om ultrafijne ND's te leveren. Centrifugatie (6000 rpm, 25 min; dan 12.000 rpm, 30 min) verzamelde de supernatan, bevattende MoSe₂ ND's. Toevoegen van 25 mg BSA en roeren gedurende 6 uur bij 25 °C (pH 7,4) vormde coacervaten, die gekruist werden met 0,5% glutaraldehyde (250 µL). Dialyse (1 dag) verwijderde overtollige kruislinker, wat MoSe₂@BSA NS's produceerde. Voor FA-conjugatie werd 8 mg FA-PEG₅₀₀₀-NHS gemengd met de NS's en 2 uur geroerd; een parallelle batch met CH₃-PEG₅₀₀₀-NHS (8 mg) diende als niet-gerichte controle. Dialyse voltooide zuivering, en UV-Vis spectroscopie kwantificeerde FA-lading (280 nm), wat een encapsulatie-efficiëntie van 10,5 ± 0,11% opleverde.

Karakterisaties

Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) en scanning-elektronenmicroscopie (SEM) bevestigden ultra-kleine ND-kernen (≈3,8 nm) en sferische NS-morfologie (≈140 nm). Dynamische lichtverstrooiing (DLS) toonde stabiele hydrodynamische groottes in water, PBS, en celmedium. UV-Vis-spectra vertoonden sterke NIR-absorptie voor zowel MoSe₂ ND's als FA-MoSe₂@BSA NS's. Röntgendiffractie (XRD) onthulde karakteristieke (002)-pieken, wat few-laag MoSe₂-structuren aangeeft. Fourier-transformatie-infrarood (FTIR) spectra bevestigden de vorming van amide-bindingen tussen FA en BSA. Fotothermale stabiliteit werd beoordeeld over drie laser-cycli (808 nm, 1 W cm⁻²), wat geen verlies in temperatuurstijging toonde. Computertomografie (CT) imaging demonstreerde concentratie-afhankelijke Hounsfield-eenheid (HU) waarden, wat Röntgen-attenuatie-capaciteiten bevestigt.

Cellulaire Opname & Biocompatibiliteit

FITC-labeling en confocal-microscopie onthulden verhoogde opname van FA-geconjugeerde NS's in 4T1-cellen vergeleken met niet-gerichte NS's; blokkering met overtollig vrije FA verlaagde opname, wat foliaat-gemedieerde endocytose bevestigt. Geïnductief gekoppelde plasma-atoomemissiespectroscopie (ICP-AES) kwantificeerde Mo-inhoud, wat confocal-bevindingen bevestigde. Hemolyse-assays (0-400 µg mL⁻¹) toonden <5% hemolyse, en CCK-8 levensvatbaarheidsassays (0,01-0,4 mg mL⁻¹) gaven >90% celleven na 24 uur, wat lage cytotoxiciteit aantoont.

In Vitro Fotothermale Radiotherapie

Onder 808 nm bestraling (1 W cm⁻², 5 min) verhoogden FA-MoSe₂@BSA NS's de lokale temperatuur met ~41 °C (200 µg mL⁻¹), terwijl PBS slechts ~1,5 °C toename. Gecombineerd met Röntgendoses (0-5 Gy), verminderden FA-geconjugeerde NS's 4T1-levensvatbaarheid significant, bereikend 92,8% celdood bij 5 Gy met 1 W cm⁻² NIR, wat niet-gerichte NS's of enkele modaliteiten overtreft.

In Vivo Biodistributie & Fotothermale Effect

Fluorescentie- en ICP-AES-kartering in 4T1-dragende Balb/c naakte muizen onthulden piek-tumor-accumulatie van FA-MoSe₂@BSA NS's op 24 uur post-injectie (10 mg kg⁻¹). Bloed-halfwaardetijden waren 0,91 u (distributie) en 16,96 u (eliminatie). NIR-bestraaling (808 nm, 1 W cm⁻², 5 min) op 24 uur induceerde een ~22 °C stijging in tumor-temperatuur, wat in vivo fotothermale prestaties bevestigt.

In Vivo Fotothermale Radiotherapie

In een zes-groepen-studie (PBS, NIR, RT, MoSe₂@BSA + NIR + RT, FA-MoSe₂@BSA + NIR, FA-MoSe₂@BSA + NIR + RT) bereikte de FA-geconjugeerde dubbele-modus-groep de meest duidelijke tumor-onderdrukking (≥80% volume-reductie) over 30 dagen, zonder significante gewichtsverlies of orgaan-toxiciteit (H&E en complete bloedtellingen binnen normale bereiken).

Conclusies

We hebben met succes FA-geconjugeerde MoSe₂-nanodots geencapsuleerd in BSA-nanospheren gefabriceerd, wat stabiele, tumor-gerichte, en biocompatibele dubbele-modaliteit agenten opleverde. Hun sterke NIR-absorptie en Röntgen-attenuatie maken synergistische fotothermale en radiosensitisierende effecten mogelijk, wat superieure in vitro en in vivo tumorablatie met minimale systemische toxiciteit oplevert. Deze multifunctionele nanospheren vertegenwoordigen een overtuigend platform voor toekomstige klinische vertaling van gecombineerde fotothermale-radiotherapie.

Afkortingen

BSA:

Bovine serum albumine

FA:

Foliumzuur

MoSe₂:

Molybdeen-selenide

ND's:

Nanodots

NIR:

Nabij-infrarood

NS's:

Nanospheren

PEG:

Polyethyleenglycol

PTT:

Fotothermale therapie

RT:

Radiotherapie