Gerichte curcumine-nanodeeltjes geactiveerd door lage-intensiteit gefocuseerde ultrasone voor pH-responsieve theranostica bij eierstokkanker

Samenvatting

We hebben een eenvoudig en veelzijdig nanoplatform ontwikkeld met behulp van pH-gevoelige ferritine-nanokooien, geladen met het anticancermiddel curcumine (Cur) en vloeibare fluorokoolwaterstof perfluorohexaan (PFH) in de kern, en geconjugeerd met het tumor-targeting molecuul foliumzuur (FA) aan de buitenkant van de schil, aangeduid als FA-FCP. De gesynthetiseerde FA-FCP heeft een gemiddelde deeltjesdiameter van 47 nm, met stabiele en gunstige fysicochemische eigenschappen in verschillende media, en hoge biocompatibiliteit en veiligheid in vivo en in vitro. Onder de omstandigheden van lage-intensiteit gefocuseerde ultrasone (LIFU) en bij pH = 5,0, gaf FA-FCP een grote hoeveelheid medicijnen vrij (53,2%) in 24 uur. Na 4 minuten LIFU (7 W) behandeling, leverde FA-FCP contrastversterkte ultrasone beeldvorming mogelijkheden bij pH = 5,0. Door FA-receptormedieerde endocytose kon FA-FCP efficiënt de cellen binnengaan en verder verplaatsen naar lysosomen. Achttien uur na injectie van FA-FCP werd de tumor gestimuleerd door LIFU, wat resulteerde in een contrastversterkte ultrasone afbeelding. In vivo en in vitro experimenten toonden aan dat het gecombineerde gebruik van FA-FCP en LIFU significante tumorbehandelings effecten had. Op basis van de resultaten werd geconcludeerd dat FA-FCP gecombineerd met de externe LIFU en de endogene zuur omgeving krachtige theranostische functies kan hebben en een nieuwe soort non-invasieve en geïntegreerde tumor theranostische optie biedt.

Inleiding

Eierstokkanker is een hoog metastaserende en dodelijke ziekte met een hoge sterfteschaal. Omdat de vroege klinische symptomen niet opvallend zijn, zijn tumorcellen al hoog metastaserend toen de meeste patiënten gediagnosticeerd worden. De in de kliniek veelvoorkomende behandelingen zijn gecombineerde cytoreductieve chirurgie en chemotherapie, en de 5-jaars overlevingscijfers van patiënten met gevorderde ziekte zijn zeer laag. Het is daarom dringend nodig om nieuwe strategieën te ontwikkelen voor de behandeling en diagnose van eierstokkanker om de algehele overleving van patiënten te verbeteren. Recentelijk heeft een nanoplatform dat gerichte therapie en beeldvormende diagnostische functies combineert, een alternatieve behandelstrategie geboden voor de effectieve behandeling van tumoren.

In de laatste jaren is akoestisch-responsief nanoplatform (ARN) breed gebruikt in tumorbehandeling en diagnostisch onderzoek. ARN wordt meestal ontworpen als microbellen (MB's) of nanopartikels (NP's) modellen. In vergelijking met MB's hebben NP's een kleinere deeltjesgrootte, hogere permeabiliteit, langere farmacokinetische cyclus, betere stabiliteit en gemakkelijkere oppervlaktemodificatie mogelijkheden. Verschillende soorten fase-transformerende vloeibare fluorokoolwaterstoffen, zoals perfluorpentaan (PFP), perfluorohexaan (PFH) en perfluoroctylbromide (PFOB), worden veel gebruikt om akoestische responsiviteit te bereiken. Deze vloeibare fluorokoolwaterstoffen kunnen bellen produceren, of zelfs barsten, via akoestische druppelverdamping (ADV) effecten onder externe gefocuseerde ultrasone stimulatie. Dit proces voorziet het ARN van verbeterde ultrasone contrast mogelijkheden. Onder deze vloeibare fluorokoolwaterstoffen heeft PFP een laag kookpunt (29,2 °C) en is geneigd tot vergassing in het lichaam, wat leidt tot gasembolie; PFOB heeft een heel hoog kookpunt (144 °C) en vereist ultra-hoge-intensiteit ultrasone om vloeistof-damp fasetransities te activeren. Daarom wordt PFH beschouwd als een ideaal fasetransformatie materiaal met een kookpunt van 56 °C. Echter, PFH is hydrofoob, en het is een goed idee om het in nanopartikels te encapsuleren om het wateroplosbaar te maken. Op dit moment zijn diverse materialen, zoals liposomen, PLGA, organische mesoporiene, organische polymeren, etc. gerapporteerd voor het encapsuleren van vloeibare fluorokoolwaterstoffen. Tegelijkertijd kunnen deze dragers geladen worden met anticancermiddelen om ARN chemotherapeutische functies te geven en de capaciteit van akoestisch-gecontroleerde medicijnvrijmaking te tonen. Hoewel deze akoestisch-responsieve nanoplatformen gerapporteerd zijn om goede tumordiagnose- en behandelintegratie mogelijkheden te vertonen, is de biocompatibiliteit van nanodragers nog steeds een zorg voor klinische translatie. In de laatste jaren zijn ijzer-vrije ferritine-nanokooien breed gebruikt als medicijnleveringsvoertuigen omdat ze endogene eiwitten zijn en een significante pH-gevoeligheid hebben. Ze kunnen ontbinden in zuure omgevingen en herassembleren in alkalische omgevingen. Dit maakt ferritine hoog biocompatibel en voorziet het van gecontroleerde medicijnladings- en vrijgevingscapaciteit.

In deze studie werd ferritine gebruikt als drager om zowel PFH als curcumine (Cur) te laden en het tumor-specifieke targetmolecuul FA op het eiwitoppervlak te modificeren om een multifunctioneel nanoplatform (FA-FCP) te verkrijgen. Curcumine is een natuurlijke polyfenol, geëxtraheerd uit kurkuma, en is gerapporteerd om gunstige anticancereffecten te hebben; echter, de wateroplosbaarheid is slecht. FA-FCP verbetert de wateroplosbaarheid van PFH en Cur, heeft hoge fysiologische stabiliteit in verschillende media, en gunstige biocompatibiliteit en veiligheid in vivo en in vitro. Onder de voorwaarden van LIFU en bij pH = 5,0, geeft FA-FCP een grote hoeveelheid medicijnen vrij in 24 uur (53,2%). Na 4 minuten LIFU (7 W) behandeling, levert FA-FCP bij pH = 5,0 contrastversterkte ultrasone beeldvorming. Door FA-receptormedieerde endocytose kan FA-FCP gemakkelijk de cellen binnengaan en in lysosomen verplaatsen. Achttien uur na de injectie van FA-FCP werd de tumorlocatie gestimuleerd door LIFU, en de tumor toonde contrastversterkte ultrasone beeldvorming. In vivo en in vitro experimenten hebben getoond dat FA-FCP een significant effect heeft op tumorbehandeling. Deze resultaten demonstreerden dat het voordeel van non-invasief, ligand/receptormedieerde targeting, LIFU-getriggerde fasetransitie, of zelfs barsten, en nauwkeurige medicijnvrijmaking FA-FCP een veelbelovend tumor theranostisch nanoplatform maakt.

Materialen en Methoden

Materialen

Ferritine (FRT), foliumzuur (FA), en perfluorohexaan (PFH) werden aangeschaft bij Sigma (St. Louis, MO, VS). Curcumine (Cur) werd aangeschaft bij Aladdin Industrial Corporation (Shanghai, China). NH₂-PEG₂₀₀₀-FA en NH₂-PEG₂₀₀₀-COOH werden geleverd door Xi'an Ruixi Biotechnology Co., Ltd (China). 1-ethyl-3-(3-dimetylaminopropyl) carbodiimide (EDC) en N-hydroxysuccinimide (NHS) werden gekocht bij Thermo Fisher Scientific (Waltham, MA, VS). Cel Telings Kit-8 (CCK-8) werd verkregen van Dojindo Laboratories (Kumamoto, Japan). Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM), fosfaat-gebufferde zoutoplossing (PBS), penicilline-streptomycine, trypsin-EDTA, en foetale kalverseerum (FBS) werden aangeschaft bij Gibco (Grand Island, NY, VS).

Preparatie van FA-FCP

Om FA-FCP te prepareren, werd eerst 10 mg FRT opgelost in 10 ml water. Totaal 10 mg Cur werd opgelost in 0,3 ml DMSO. De twee soorten oplossingen en 1 ml PFH werden gemengd onder pH 5,0 conditie en 30-minuten ijbad-ultrasonificatie. Daarna werd de pH-waarde van het mengsel aangepast naar 7,4 om Cur en PFH geladen FRT (FCP) te verkrijgen. Ten tweede werd het targetmolecuul FA covalente geconjugeerd met FCP via de carbodiimide-methode. In het kort, 5 mg NH₂-PEG₂₀₀₀-FA werd toegevoegd aan de bovengenoemde FCP-oplossing in de aanwezigheid van EDC (5 mg/ml) en NHS (20 mg/ml). Na 3 uur reactie bij kamertemperatuur met licht roeren, werd het mengsel gezuiverd door dialyse tegen gedestilleerd water (MW afsnij = 12 kDa) gedurende 24 uur, resulterend in FA-geconjugeerd FCP (FA-FCP). De Cur-ladingsratio werd gedetecteerd door een UV-Vis-spectrofotometer bij 426 nm en berekend als (Aa−Ab)/Ac, waar Aa, Ab en Ac het gewicht vertegenwoordigen van FA-FCP, FA-FP en FA-FP, respectievelijk.

Karakteriseringen

De groottes en zeta-potentialen van de nanopartikels werden getest door een Zeta Sizer (Malvern, NanoZS, VK). De morfologie van de nanopartikels werd waargenomen door transmissie-elektronenmicroscopie (TEM, Hitachi, Japan) en atoommicroscopie (AFM, Agilent Technologies 5500LS, Chandler, Arizona). De cellulaire opname van de nanopartikels werd gedetecteerd door confocale laserscannermicroscopie (LEXT OLS4100, Olympus, Japan) en stroomcytometrie (BD, Franklin Lakes, NJ). Absorptiespectra werden verkregen door een UV-Vis-spectrofotometer (UV1800, Shimadzu, Japan).

Celcultuur en Diermodel

Humane eierstokkankercellijnen SK-OV-3 werden geleverd door Shanghai Institute of Cell Biology, Chinese Academy of Sciences. De cellen werden gekweekt in DMEM-media met 10% foetale kalverseerum en 1% penicilline-streptomycine oplossing in 5% CO₂ bij 37 °C.

Balb/c kaal muizen (vrouwelijk, ongeveer 5 weken) werden geleverd door Vital River Laboratory Animal Technology Co., Ltd. (Peking, China). Voor SK-OV-3 tumormodel, werden 1 × 10⁶ cellen subcutaan in de rechter rugregio van muizen geïnjecteerd. Alle experimentele procedures werden uitgevoerd in overeenstemming met de richtlijnen voor de zorg en het gebruik van laboratoriumdieren van Sichuan Academy of Medical Sciences en goedgekeurd door de Ethische Commissie van Sichuan Academy of Medical Sciences.

pH/LIFU Getriggerde Cur Vrijmaking

De FA-FCP waterige oplossing werd verdeeld in vier delen en in een dialysezak (MW 5000) geladen. Vervolgens werd gedialyseerd in 10 ml PBS-oplossing met een pH van 5,0 en 7,4, respectievelijk. Na 3 uur werd de waterige oplossing behandeld met of zonder LIFU (7 W, 5 min) (50% duty cycle, pulsmodus en de volgende procedure consistent gehouden). Op een specifiek tijdstip werd 1 ml dialysaat verwijderd en een evenveel volume en even pH lege oplossing toegevoegd. Het dialysaat werd genomen en gemeten door een UV-Vis-spectrometer, en de concentratie van Cur werd berekend.

ADV Eigenschappen en US Beeldvormingsfunctie van FA-FCP

FA-FCP in pH = 5,0 en 7,4 conditie werden bestraald met verschillende vermogens van LIFU (5, 6, 7 W) en voor verschillende totale tijden (3, 4 en 5 min) in het agarosemodel, daarna werden US-beelden waargenomen door US-apparatuur (Esaote Mylab 90, Italië) met een frequentie van 5–12 MHz en mechanische index (MI) van 0,06. De US-intensiteit van het interessegebied in de US-afbeelding werd geanalyseerd door ImageJ-software.

Targeting Vermogen van FA-FCP

Om het targeting vermogen van FA-FCP in vitro te demonstreren, werd FITC gebruikt om de nanopartikels te labelen. In het kort, 1 mg FITC werd opgelost in 1 ml DMSO en vervolgens gemengd met FCP en FA-FCP gedurende 30 min met zachte roering. Vervolgens werd de gemengde oplossing overnachtdialyse in gedemineraliseerd water om vrije FITC en DMSO te verwijderen om FITC-gelabelde nanopartikels te verkrijgen. De cellen werden 24 uur gekweekt, en daarna werden de FITC-gelabelde nanopartikels toegevoegd aan de kultuurplaten voor 3-uurs incubatie. Daarna werden de cellen drie keer gewassen met PBS en vervolgens gekleurd met DAPI voor 5 min, lysotracker rood voor 10 min, vastgezet met 4% paraformaldehyde voor 15 min. Ten slotte werden de cellen waargenomen door een confocale laserscannermicroscoop. De statistische fluorescentsignalen binnen de cellen werden gemeten en geanalyseerd door stroomcytometrie.

Bloedcirculatie en Tumor Accumulatie van FA-FCP

Vrije Cur en FA-FCP (met dezelfde Cur-concentratie) werden intraveneus geïnjecteerd in normale muizen. Vervolgens werd het muizenbloed in de verschillende groepen op verschillende tijdstippen verzameld van de orbitale plexus en opgelost in lyseringsbuffer. De Cur-concentratie in het bloed in deze behandelde groepen werd bepaald door Cur-absorptiespectra van elk opgelost bloedmonster met een UV-Vis-spectrometer en gedefinieerd als het percentage van geïnjecteerde dosis per gram weefsel (ID%/g).

De inhoud van FA-FCP in de tumor werd uitgevoerd in tumordragende muizen. Na 0, 1, 6, 12, 18 en 24 uur intraveneuze injectie van de FA-FCP, werden de tumorweefsels verzameld, geweegd en verteerd door aqua regia-oplossing gedurende 24 uur. De Cur-concentratie in het bloed in deze behandelde groepen werd bepaald door Cur-absorptiespectra van elk opgelost tumorweefsel door een UV-Vis-spectrometer en gedefinieerd als het percentage van geïnjecteerde dosis per gram weefsel (ID%/g).

In Vitro en In Vivo Anticancer Effectiviteit

Voor in vitro anticancer effectiviteit, werden de cellen behandeld met PBS, Cur, FA-FCP, FCP + LIFU en FA-FCP + LIFU (bij dezelfde Cur-dosis van 5 mg/kg) gedurende 3 uur, en daarna bestraald met LIFU (5 min, 7 W). De behandelde cellen werden nog 21 uur geïncludeerd. Daarna werd de levensvatbaarheid van de behandelde cellen gedetecteerd door CCK-8 assay.

Voor in vivo anticancer effectiviteit, werden tumordragende muizen willekeurig verdeeld in vijf groepen (n = 6) en vervolgens intraveneus geïnjecteerd met fysiologisch zout (controle), vrije Cur, FA-FCP, FCP + LIFU, en FA-FCP + LIFU, respectievelijk. Gedurende 24 dagen behandeling, werden het tumorvolume en het lichaamsgewicht van de muizen elke 3 dagen gemonitord. De grootte van de tumor werd gedetecteerd door een schuifmaat. Het tumorvolume = lengte×breedte²/2. De tumorgroei verandering werd getoond door relatieve tumorvolumes die berekend werden als V/V₀, waar V₀ het initiële tumorvolume vertegenwoordigt.

Bioveiligheidsevaluatie

SK-OV-3 cellen werden gezaaid in een 96-putplaat bij een dichtheid van 1 × 10⁴ cellen/put en toegestaan om 24 uur te hechten. Verschillende concentraties (0, 20, 40, 100, 200 en 500 μg/ml) van FA-FRT-PFH werden gekweekt met SK-OV-3 cellen. Na 24-uurs behandeling, werden de cellen behandeld door DMEM-media met 10% CCK-8 gedurende 20 min in een broedkast. De absorbantie van de cellen bij 450 nm golflengte werd gedetecteerd door een Multimode Plaatlezer (Thermo Scientific) om de cellevensvatbaarheid te karakteriseren. Verder werden de belangrijke organen inclusief hart, lever, milt, long en nier van gezonde muizen op 25 dagen na injectie van FA-FCP verzameld en geanalyseerd door hematoxyline en eosin kleuring. De HE-kleuringsafbeeldingen werden waargenomen met een optische microscoop.

Statistische Analyse

Alle data werden voorgesteld als gemiddelde ± standaarddeviatie. De statistische data werden verwerkt met SPSS 22.0 software. De Student's t-toets werd uitgevoerd om de statistische significantie tussen de twee groepen te bepalen. P < 0,05 vertegenwoordigt een significant verschil.

Resultaten en Discussie

Preparatie en Karakterisering van FA-FCP

Schema 1 illustreert de synthetise van FA-FCP en zijn toepassing in tumor ultrasone (US) beeldvorming en combinatoire US-chemotherapie in vitro en in vivo. Het multifunctionele theranostische agent FA-FCP werd bereid door een eenvoudige en biocompatibele zelfassemblagemethode. De TEM- en AFM-beelden van FA-FCP tonen een sferische structuur (Fig. 1a, inset en Bijlage 1: Figuur S1). DLS-analyse toonde aan dat FA-FCP ongeveer 47 nm was in gemiddelde diameter en −37 mV in gemiddelde zeta-potentiaal in water (Fig. 1a en b). Na 4 weken in water, fosfaat-gebufferde zoutoplossing (PBS), fysiologisch zout, en FBS, vertoonde FA-FCP stabiliteit in grootte (Fig. 1c), wat aangeeft dat de bereide FA-FCP gunstige fysiologische stabiliteit had, waarschijnlijk door PEG-coating en de aard van FRT. Het UV-vis-NIR-spectrum van FA-FCP toonde de absorptiepiek van Cur, wat het bestaan van Cur in FA-FCP aantoonde. De Cur-ladingsratio was 125,8 ± 2,1%.

Figuur 2 toont het Cur-vrijmakingsprofiel van FA-FCP onder verschillende pH-condities met of zonder LIFU. Zonder LIFU-bestraaling, was Cur vrijgemaakt bij pH = 5,0 ongeveer 30% over 24 uur, wat significant hoger was dan bij pH = 7,4 (5,3%). Echter, onder LIFU (7 W, 4 min), toonde Cur vrijgemaakt bij zowel pH = 5,0 als pH = 7,4 condities een scherpe toename. Echter, in vergelijking met het Cur vrijgemaakt bij pH = 7,4, was het Cur vrijgemaakt bij pH = 5,0 (50%) duidelijk hoger over 24 uur. Deze eigenschap maakt FA-FCP zeer nuttig in de tumormicro-omgeving. De uitstekende medicijnvrijmaking wordt toegeschreven aan: (1) FRT onder zuure condities kan de nanokooi ontbinden en openen om de geladen Cur vrij te maken; (2) LIFU induceerde de instantane fasetransitie die Cur liet ontsnappen van het uitgebreide poreuze schil stabiel.

In Vitro ADV Effect van FA-FCP

De FA-FCP werd blootgesteld aan LIFU met een vermogen van 5, 6 en 7 W, respectievelijk, en een duur van 3–5 min bij pH = 7,4 of 5,0 om de beste conditie van vermogen en duur van LIFU en pH-waarde te evalueren. De US-intensiteit vertegenwoordigt het ADV-effect. Volgens US-beelden (Fig. 3a en b) en gemiddelde grijswaarden in US-beelden (Fig. 3c en d), vertoonde het ADV-effect een tijd/vermogen-afhankelijke trend bij pH = 7,4, wat piekte bij een parameter van 7 W voor 5 min. Echter, bij pH = 5,0, piekte het ADV-effect bij een parameter van 7 W voor 4 min. Toen de parameter lager was dan 5 W voor 3 min, waren er onvoldoende getriggerde bellen om US-beelden te optimaliseren; echter, zodra de parameter 7 W voor 4 min overschreed, kollapste de meeste gegenereerde bellen en verdween geleidelijk. De bovenstaande resultaten gaven aan dat een bepaalde stimulatie essentieel was om het ADV-effect van FA-FCP op te wekken, wat een 7-W vermogen en een 4-min duur was bij pH = 5,0.

Het Targeting Vermogen van FA-FCP

Een klassiek kleurstofmolecuul, FITC, werd gebruikt om de nanopartikels te labelen. Zoals getoond in Bijlage 1: Figuur S2, toonde de fluorescentie-intensiteit van FITC-gelabelde FCP en FA-FCP bij dezelfde concentratie geen significant verschil, wat aangeeft dat het gelabelde FITC-hoeveelheidsverschil op FCP en FA-FCP de celopname-experiment niet kon beïnvloeden. Fluorescentieafbeeldingen en FCM-analyse toonden aan dat sommige FCP de cellen kon binnengaan met een opnameratio van 19,5% (Fig. 4a en b), mogelijk omdat het celoppervlak sommige ferritine-receptoren heeft die de internalisatie van FCP bevorderen. Na conjugatie met FA, toonde FA-FCP een hoog fluorescentsignaal in cellen met 44,3% opnameratio, en een opnameratio-instorting (13,8%) toen de cellen voorbehandeld waren met vrije FA (Fig. 4a en b). De bovenstaande resultaten gaven aan dat FA-conjugatie de opnameratio van FA-FCP in sterke mate verhoogde door het FA-receptormedieerde endocytose-effect.

Verder werd de organel-localisatie van FA-FCP onderzocht met behulp van een lysosoom-specifieke kleurstof (Lyso-Tracker Rood). Zoals getoond in Fig. 4c, vertoonden FA-FCP- en Lyso-Tracker Rood-behandelde cellen sterke groene en rode fluorescente in het cytoplasma, respectievelijk. Na het samenvoegen van groen en rood, was intense geel fluorescente zichtbaar in het cytoplasma, wat aangeeft dat FA-FCP kon verplaatsen naar lysosomen (pH ≈ 5,0), wat gunstig was voor het triggeren van de medicijnvrijmaking in de cellen.

Bloedcirculatie en Tumor Accumulatie van FA-FCP

Zoals getoond in Fig. 5a, was de halfwaardetijd van FA-FCP ongeveer 7,31 uur (een 8-voudige toename), in vergelijking met die van vrije Cur, waarschijnlijk door de PEG-coating en FRT-encapsulatie. Deze verlengde halfwaardetijd van FA-FCP in de bloedstroom is gunstig voor het verbeteren van de medicijnretentie in de systemische circulatie, wat de accumulatie van medicijnen op tumorlocaties vergemakkelijkt. Verder wordt de dynamische accumulatie van vrije Cur en FA-FCP in de tumor van 0 uur tot 24 uur na injectie van het nanopartikels getoond in Fig. 5b. Zoals te zien is, toonde FA-FCP de hoogste accumulatie van 18 uur en vrije Cur toonde de hoogste accumulatie van ongeveer 1 uur na injectie. Deze resultaten geven aan dat in vergelijking met vrije Cur, FA-FCP een significant hogere accumulatieprestatie in het tumorweefsel had, mogelijk door de verbeterde permeabiliteit en retentie (EPR) en het FA-receptormedieerde actieve targeting-effect.

In Vivo US Beeldvorming

De tumor van naakte muizen behandeld in vier groepen (lege controle + LIFU, FCP + LIFU, FA-FCP + LIFU, FA-FCP zonder LIFU) werden waargenomen met of zonder blootstelling aan LIFU (7 W, 4 min) om het ADV-potentieel van FA-FCP in vivo verder te verkennen. Zoals getoond in Fig. 6a, werd geen duidelijke US-signaal waargenomen binnen de tumor onder LIFU-bestraaling in de controlegroep. Op 18 uur na injecties, werd een aanzienlijk sterkere US-signaal gezien binnen de tumor in de FA-FCP + LIFU-groep in vergelijking met de groepen met FCP + LIFU, en FA-FCP zonder LIFU (Fig. 6a en b). De resultaten demonstreerden dat FA-FCP + LIFU de US-beeldvormingscontrast van de tumor kon verbeteren.

In Vitro en In Vivo Anticancer Therapie

In vitro cytotoxiciteit van FA-FCP werd onderzocht door CCK-8 assay. Zoals getoond in Fig. 7a, vertoonde de cellevensvatbaarheid van alle groepen een Cur-concentratie-afhankelijk patroon. Zonder LIFU, in vergelijking met vrije Cur, toonde FA-FCP hogere inhibitie in cellevensvatbaarheid bij alle concentraties, mogelijk door het FA-targeting-effect. Echter, de cellevensvatbaarheid-inhibitie van FA-FCP + LIFU was significant hoger dan die van FP + LIFU, FCP + LIFU en FA-FCP zonder LIFU, wat aangeeft dat FA-FCP gecombineerd met LIFU-bestraaling betere anti-tumor efficiëntie bood. Dit resultaat was voornamelijk te wijten aan de aanwezigheid van LIFU en de zuure omgeving van de lysosoom, beide kunnen de medicijnvrijmaking en cavitatie-effect induceren, en het FA-gemedieerde tumorcel-targeteffect.

In vivo anticancer effect van de FA-FCP werd verder onderzocht met tumordragende naakte muizen. Volgens het tumoraccumulatieresultaat van FA-FCP, werd LIFU uitgevoerd 18 uur na intraveneuze injectie van monsters elke 2 dagen voor drie keer in totaal vanaf dag één. Zoals getoond in Fig. 7b en c, nam het relatieve tumorvolume in de FA-FCP + LIFU-groep significant af, in vergelijking met de controle, Cur, FA-FCP, FP + LIFU en FCP + LIFU groepen na 24 dagen behandeling. Het tumorgewicht in de FA-FCP en FCP + LIFU groepen was significant minder dan in de controle en Cur groepen, terwijl het nog meer geïnhibeerd was in de FA-FCP + LIFU groep. Tijdens de behandeling was er geen significante gewichtsverlies in deze groepen (Fig. 7d). De schitterende anti-tumor effect van FA-FCP gecombineerd met LIFU was voornamelijk te wijten aan de target-accumulatie van FA-FCP in de tumor en akoestisch/pH-responsieve medicijnvrijmakingscapaciteit. Bovendien kan deze versterkte anti-tumor therapeutische effectiviteit van FA-FCP + LIFU worden verklaard door de vertraagde clearance van de nanopartikels op de tumorlocatie door de verlengde halfwaardetijd van FA-FCP in de bloedstroom.

In Vitro en In Vivo Biocompatibiliteit

In vitro en in vivo biocompatibiliteit van FA-FCP werden geëvalueerd door CCK-8 assay en H&E-kleuringsanalyse. Zoals getoond in Fig. 8a en b, was de cellevensvatbaarheid van de medicijndragende FA-FP en vermogen van LIFU van 0 tot 8 W allemaal > 90%, wat aangeeft dat er geen significante cytotoxiciteit was van de FA-FP en het vermogen van LIFU gebruikt in dit werk in vitro. Figuur 8c toont de H&E-kleuringsafbeeldingen van de belangrijkste organen van de muizen behandeld met FA-FCP + LIFU, die geen histologische veranderingen vertoonden in vergelijking met de controlegroep. Deze resultaten demonstreerden de hoge biocompatibiliteit van FA-FCP in vitro en in vivo.

Conclusie

Samenvattend, hebben we een multifunctioneel FA-FCP bereid geladen met het anticancermiddel Cur en tumor-targeting molecuul FA, met behulp van ferritine-nanokooien, wat resulteerde in contrastversterkte US-beeldvormingscapaciteit en nauwkeurige targeting in chemotherapie-procedures. De nieuw gesynthetiseerde FA-FCP toonde hoge in vitro en in vivo biocompatibiliteit. Daarnaast vertoonde FA-FCP uitstekende tumor-targeting capaciteit, akoestisch/pH-getriggerde Cur-vrijmaking, en akoestisch-responsieve fasetransitie door LIFU voor ultrasone beeldvorming. Gezien deze unieke eigenschappen van FA-FCP, kan het toegepast worden als een significante tumor-inhibitiefactor zonder systemische toxiciteit. Het wordt verwacht dat zo'n nieuw en biocompatibel theranostisch nanoplatform ultrasone beeldvorming zal integreren met verbeterde therapeutische effectiviteit om een veelbelovend paradigma te bieden voor de behandeling van kanker.