Innovatieve methotrexaat-folaat nanodeeltjes therapie verbetert borstkankerbehandeling met laser-ondersteunde fotothermale benadering

Samenvatting

Laag-niveau lasertherapie (LLLT) is bekend als een veilige vorm van fototherapie om tumorgeweefte/cellen te targeten. Daarnaast verhoogt het gebruik van getargeteerde nanodeeltjes de succesrate van kankertherapie. Deze studie onderzocht het gecombineerde effect van folaat (FA)/methotrexaat (MTX) geladen silica-gecoate goud (Au@SiO₂) nanodeeltjes (NP) en LLLT op de bestrijding van borstkanker.

NP's werden gesynthetiseerd en gekarakteriseerd met FTIR, TEM en DLS-Zeta. De NP's hadden een spherische morfologie met een gemiddelde diameter van ~25 nm en een positieve lading (+13,3 mV), terwijl na conjugatie met FA en MTX de nettolading daalde tot ~-19,7 mV.

Onze bevindingen in celopname-studies toonden duidelijk verhoogde celopname van NP's na FA- en MTX-belading in beide borstkankercellijnen, met name in MDA-MB-231 door hoge expressie van folaatreceptoren. De resultaten gaven aan dat LLLT een proliferatief effect had op beide cellijnen, maar in aanwezigheid van de getargeteerde NP's was de effectiviteit van de gecombineerde chemo-fotothermale therapie significant verhoogd (MTT-assay, p<0,05), DAPI-kleuring en celcyclusanalyse. Het hoogste apoptotische effect werd waargenomen in cellen blootgesteld aan de combinatie van MTX-FA geladen Au@SiO₂ NP en LLLT, bewezen door DAPI-kleuring en celcyclus (door toename van celarrest in sub-G0/G1). Samenhangend verbetert een combinatie van chemotherapie en LLLT het potentieel van borstkankerbehandeling met minimale bijwerkingen.

Inleiding

Borstkanker (BK), de meest frequente kanker bij vrouwen, had recent 1,7 miljoen nieuwe gevallen wereldwijd. Vanwege de gecompliceerde etiologie en slechte respons op behandeling is het vaak de centrale oorzaak van kankergerelateerde doden bij vrouwen universeel. Ongeveer 40.000 vrouwen in de VS stierven in 2014 aan BK. Met 522.000 doden totaal is het de vijfde doodsoorzaak door kanker, met ~800.000 gevallen in minder ontwikkelde en ongeveer evenveel in ontwikkelde regio's. In Aziatische landen is de piekleeftijd 40-50 jaar, in westerse landen 60-70 jaar. Belangrijkste risicofactoren: vrouwelijk geslacht, familiereuma, leeftijd, en reproduktieve factoren (eerste kind >30 jaar, vroege menarche, late menopauze, nullipariteit).

Het hoofddoel in de bestrijding van kanker is het ontwikkelen van effectieve therapeutische plannen met lage toxiciteit en hoge specificiteit om tumoren, met name metastasen, te elimineren en recidieven te voorkomen. Huidige benaderingen (chirurgie, chemotherapie, radiotherapie) tonen verschillende bijwerkingen en halen dit doel niet.

De afgelopen decennia zagen grote inspanningen in kankerbehandeling. Thermische therapie is uitgegroeid als veelbelovende methode. Recent heeft fotothermale therapie (PTT), een potentieel effectieve en non-invasieve kankertherapie, veel aandacht getrokken. PTT gebaseerd op foto-absorberende nano-structuren is een alternatief voor conventionele methoden. In typische PTT gebruiken PTT-agenten om tumoren te vernietigen door voldoende hyperthermie (42°C) onder laserbestraling (near-infrared (NIR) licht, 700–1100 nm), een precies en minimaal invasieve methode.

Verschillende nanodeeltjes zijn bestudeerd als imaging contrastmiddelen, geneesmiddel-dragers, en energietransformatoren (laser, radiogolven, ultrasound) naar thermische fenomena voor therapeutische effecten.

Goudnanodeeltjes trekken veel aandacht door hun hoge gelokaliseerde oppervlakteplasmonresonantie (LSPR) en gemakkelijke oppervlakteconjugatie met biomoleculen. Ze tonen hoge fotothermale conversiecapaciteit in het NIR-gebied zonder schadelijke bijwerkingen in biologische systemen.

Hoewel goudnanodeeltjes veelbelovende fotosensitisatoren zijn, verliezen ze door slechte fotothermale stabiliteit bij herhaalde NIR-belichting geleidelijk hun conversievermogen, wat klinische toepassing beperkt. Daarnaast zijn ze slechte geneesmiddeldragers door lage laadcapaciteit en gecontroleerde afgifte. Als alternatief zijn mesoporeuze silica nanodeeltjes (MSN) geschikte dragers voor geneesmiddelen, DNA en eiwitten door hogere laadcapaciteit, gebrek aan toxische afbraakproducten, groot oppervlak, controleerbare grootte, hoge porievolume en gewenste oppervlakte-eigenschappen voor modificatie.

Na conjugatie met een chemotherapeutisch middel en kanker-targeterende ligand kunnen nanodeeltjes nadelen van routinematige chemotherapie inhibiëren, zoals onspecifieke levering, slechte wateroplosbaarheid, en lage therapeutische indices.

Chemotherapeutische middelen zoals doxorubicine, cyclofosfamide, methotrexaat, fluorouracil en docetaxel worden enkel of gecombineerd als kernbehandelingen, of gecombineerd met PTT. Meeste kankerpatiënten ervaren bijwerkingen door onprecieze distributie in het lichaam, wat alle organen beïnvloedt. Deze middelen schaden snel delende normale cellen (bloedcellen, slijmvliescellen, haarfollikels).

Methotrexaat (MTX) is een van de meest gebruikte middelen voor reumatoïde artritis en diverse tumoren (huid, long, hoofd/hals, borst). Het remt dihydrofolaat reductase (DHFR), het enzym dat bijdraagt aan tetrahydrofolaatproductie en byproducten, noodzakelijk voor thymidylate- en purinesynthese, essentieel voor celdeling en -proliferatie. Door DHFR-blokkade voorkomt MTX de synthese van 4 basale macromoleculen: DNA, RNA, thymidylaten en eiwitten.

De hoofduitdaging, zoals bij de meeste PTT-agenten, is selectieve accumulatie van GNP's in doelweefsel na systemische injectie. Getargete kankertherapie stelt levering van chemotherapeutica aan specifieke kankercellen mogelijk, terwijl blootstelling van gezonde cellen wordt verminderd. Dit maakt hogere doseringen aan kankercellen mogelijk met lagere systemische toxiciteit. Ligand-getargete nanodeeltjes herkennen specifieke kankercelmarkers, die hoog op de kankerceloppervlakte tot expressie komen.

Foliumzuur (folaat of vitamine B9) is essentieel voor celdeling en metabolisme. Vanwege de hoge affiniteit van folaat voor folaatreceptoreiwitten, wordt het gebruikt voor kankertargeting. De folaatreceptor, als tumormarker, is overexpressie in maligne cellen zoals borst, ovarium, long, nier, hersenen en darmkanker. Folaat-geconjugeerde geneesmiddelleveringssystemen verhogen celopname via endocytose.

Materialen en Methodes

Reagentia en materialen

Dubbel gedistilleerd water (Ghazi Company, Tabriz, Iran) en analytische graad reagentia werden gebruikt. Verschillende reagentia van Sigma-Aldrich: tetraethylorthosilicaat (TEOS, 98%), (3-mercaptopropyl)trimethoxysilaan (MPTES, 95%), foliumzuur en rhodamine B. Materialen van Merck Co: chloorwaterstofzuur (HCl, 37%), ammoniakoplossing (25%), tolueen, natriumhydroxide (NaOH, 98%), en verdere oplosmiddelen. MTX van Zahravi Farma Company, Tabriz, Iran.

Instrumentatie

Voor deeltjesgrootte en morfologie: transmissie-elektronenmicroscopie (TEM, LEO 906, Duitsland). ~100 μL NP-suspensie in water bij kamertemperatuur op koolstoffilm op koperen grid, vriesdrogen, waargenomen bij 80 kV. Deeltjesgrootte via DLS (Zetasizer Nano ZS90, Malvern, UK) bij 25 °C. Zetapotentiaal met fotoncorrelatiespectroscopie (Zetasizer-ZS, Malvern, UK). UV-Vis spectrofotometrie (UV-1601 PC, SHIMADZU, Japan) met 700 μL kwarts cuvette (10 mm). FTIR-spectroscopie (Bruker Tensor 27, Duitsland) voor KBr-tablet methode. pH-metingen (Metrohm 713, Zwitserland). Mechanische roerer (Heidolph RZR 2102, Duitsland). Encapsulatie-efficiëntie van FA en MTX via HPLC (Waters 2690 scheidingsmodule met UV-Vis detector, C18 kolom).

Bereiding van Au@SiO₂ nanodeeltjes

Au@SiO₂ NP's werden in vier stappen geproduceerd: 1) synthese van SiO₂ nanodeeltjes (sol-geel methode), 2) toevoeging van thiol-bevattende linker aan SiO₂ NP's, 3) synthese van goudnanodeeltjes (citraatreductie, Turkevich methode), 4) bedekking van TFSNP-oppervlak met AuNP's. TFSNP's gedispergeerd in water met badsonicator (≥1 uur), toegevoegd aan AuNP-oplossing, 30 min gesonicatieerd. Reactie 2 dagen in donker bij 25 °C onder dynamisch roeren. Au@SiO₂ NP's (paarsgekleurd) verzameld door centrifugatie (10.000 toer/min, 10 min) en gedroogd in vacuümoven.

MTX en FA lading

MTX (10 mg) werd toegevoegd aan 10 mL goed gedispergeerde nanodrager suspensie in PBS (5 mg/mL, pH 7,4) en 1 dag gemengd bij kamertemperatuur in donker. MTX-geladen nanodrager verzameld door centrifugatie; supernatant voor ongeladen MTX. Vervolgens werd FA (10 mg) toegevoegd aan de MTX-geladen nanodrager in PBS (5 mg/mL, pH 7,4) en 1 dag gemengd in donker. FA-MTX geladen nanodrager verzameld door centrifugatie; supernatant voor ongebonden FA. Vervolgens vriesgedroogd en opgeslagen. Ongebonden MTX en FA berekend via HPLC. Folaat opgelost in ammoniumhydroxide (10 gew%) en uitgeven met mobiele fase. Retentietijden: MTX 10,5 min, folaat 5,95 min. Drievoudige metingen. Laadefficiëntie (DLE) berekend met: ee(%) = (initieel totaal geneesmiddel - ongeabsorbeerd geneesmiddel) / initieel totaal geneesmiddel × 100.

Cellijnselectie en kweek

Twee borstkankercellijnen met gerapporteerde folaatreceptorexpressie: MCF-7 en MDA-MB-231 (Pasteur Celbank, Teheran, Iran) voor cytotoxiciteitsonderzoek. Gekweekt in RPMI1640 met 10% FBS, 1% Penstrep bij 37°C, 5% CO₂, 95% vocht.

Celcytotoxiciteitsassay

Celviabiliteit na verschillende NP-behandelingen zonder laser gemeten met MTT-assay. MCF-7 of MDA-MB-231 cellen (1,5×10⁴ per put) in 96-putplaat, 24 uur, daarna behandeld met MTX, Au@SiO₂ en FA-MTX geladen Au@SiO₂ NP's. Onbehandelde cellen = controle. MTT (5 μg/mL) toegevoegd, 4 uur geïncubeerd bij 37°C. MTT verwijderd, formazankristallen opgelost in DMSO (10 min schudden). Absorptie gemeten bij 570 nm (ELISA reader). Viabiliteit genormaliseerd op controle, achtergrond gecorrigeerd.

In vitro lasertherapie

Voor LLLT: 810 nm NIR laser (Diode laser Mustang 2000, Rusland) met 185 mW uitgangsvermogen. MCF-7 en MDA-MB-231 cellen (1,5×10⁴) behandeld met Au@SiO₂ en FA-MTX geladen Au@SiO₂ NP's, vervolgens blootgesteld aan laser met doses 30, 60, 75, 90, 105 J/cm², vaste blootstellingstijd 139 sec. Cellen met alleen laser (zonder NP's) = positieve controle; cellen zonder NP's en laser = negatieve controle. Na 24 uur celviabiliteit gemeten via MTT-assay.

Celopname-assay

Gedetailleerde controle van NP-celinternalisatie essentieel om specifiek effect van oppervlaktemodificeerde nanodrager per cellijn te bevestigen. Flow cytometrie (kwantitatief) en fluoresentiemicroscopie (kwalitatief) gebruikt voor opname van NP's door MCF-7 en MDA-MB-231.

Voor NP-suspensie: rhodamine B (RhoD) in PBS toegevoegd, 24 uur geroerd bij kamertemperatuur in donker (anti-bleaching). RhoD-geladen NP's gescheiden via Amicon Filter (NMWL 30 kDa), 15 min gecentrifugeerd (5000 toer/min), gewassen met PBS. Cellen gezaaid (5×10⁵ per put), geconfluenceerd. Behandeld met RhoD-geladen NP's gedurende 30, 90, 180 min; onbehandelde cellen = controle. Daarna trypsiniseren, wassen met PBS, fluoresentie gekwantificeerd met flow cytometrie (BD FACSCalibur). Intercellulaire opname bevestigd met fluoresentiemicroscopie (Olympus BH2-FCA, Japan). Cellen op dekklaasjes, 24 uur, behandeld met vrije Au@SiO₂ NP's en MTX-FA geladen Au@SiO₂ NP's. Na 30, 90, 180 min, gewassen met PBS, opname waargenomen.

Apoptose-studie door fluoresentiemicroscopie

Kwalitatieve kernstudie van apoptose via DAPI-kleuring (bindt DNA, detecteerbaar met microscopie). Protocol volgens eerdere rapportage. MCF-7 of MDA-MB-231 cellen (5×10⁵ per put) in 6-put formaat, 24 uur. Na behandeling met MTX, Au@SiO₂ NP's, MTX-FA geladen Au@SiO₂ NP's met/zonder laser: wassen met PBS, fixeren met 10% formaldehyde (Merck), permeabiliseren met Triton X-100 (15 min). Na wassen, kleuren met DAPI (Sigma, 5 min). Apoptotische kernen (gefragmenteerd/gerimpeld) gevisualiseerd met fluoresentiemicroscopie (Olympus). Onbehandelde cellen = negatieve controle; alleen laser = positieve controle.

Celcyclusstoornissen

Celcyclusverdeling van MCF-7 en MDA-MB-231 via flowcytometrie. Cellen gezaaid (5×10⁵), 80% confluentie. Behandeld met MTX, Au@SiO₂ NP's, MTX-FA geladen Au@SiO₂ NP's met/zonder laser. Onbehandeld = negatieve controle; alleen laser = positieve controle. Geharvesteerd via trypsinisatie, PBS wassen. Gefixeerd met ethanol (Merck, 48 uur). Gewassen, behandeld met Ribonuclease A (Cinaclone), daarna propidium iodide (PI, Sigma) in donker. Fluoresentiesignalen gedetecteerd met FACS (Beckton Dickinson).

Statistiek

Elke stap in drievoud uitgevoerd, resultaten als gemiddelde ± SD. ANOVA voor significantievergelijking. Verschillen significant bij p < 0,05 (SPSS).

Resultaten en Discussie

Karakterisering van gesynthetiseerde NP's

Au@SiO₂ NP's geproduceerd in vier stappen (Fig. 1). Succesvolle synthese bevestigd door FTIR (Fig. 2a). Si-O-Si piek ~1088 cm⁻¹. Wijde piek 3000-3700 en 803 cm⁻¹: rekken en out-of-plane buigen van vrije silanol O-H groepen. Alifatische C-H rekvibratie ~2950 cm⁻¹. C-O van drie methoxy silaan groepen ~1191 cm⁻¹.

DLS metingen: FA-MTX geconjugeerde Au@SiO₂ NP's grootte in nanometerbereik (105±2,3 nm) met smalle verdeling (Fig. 2b).

Zetapotentiaal is cruciaal voor stabiliteit van nanosuspensies. Extreme positieve/negatieve waarden veroorzaken grote afstotende krachten. Hoge lading (pos/neg) zorgt voor opname door fagocyten van de lever en uit scheiding. Voor gecombineerde electrostatische en sterische stabilisatie is minimaal ±20 mV gewenst. Zetapotentiaal vergeleken voor en na lading met MTX-FA bij pH=7,4, T=25°C (Fig. 2c). Au@SiO₂ NP's: +13,3 mV; na dubbele geneesmiddellading: -19,7 mV (in gewenste bereik). MTX en FA hebben negatieve nettolading bij pH 7,4 (boven pKa 3,8/4,8 en 3,5/4,3) door deprotonering van twee carboxylgroepen. Na gelijktijdige lading wordt nettolading negatief, wat succesvolle conjugatie bevestigt.

TEM analyse geeft definitive individuele deeltjesgrootte. Au nanodeeltjes gezien als donkere spheren op SiO₂ NP's als grijze laag. TEM bevestigt homogene spherische vorm, gemiddelde grootte ~25 nm (Fig. 3).

Geneesmiddellading

Folaat medieert verhoogde opname van GNP's in kankercellen die folaatreceptor overexpresseren via receptor-gemedieerde endocytose, om de lage internalisatie-efficiëntie van GNP's te overwinnen. Folaatreceptor als tumormarker, folaat steeds meer gebruikt voor tumortargeting.

Na conjugatie van MTX en FA in Au@SiO₂ NP's veranderde zetapotentiaal van +13,3 naar -19,7 mV. Geschatte pKa waarden van twee carboxylgroepen: MTX 3,8/4,8, FA 3,5/4,3. Door deprotonering bij pH 7,4 (boven pKa) werd nettolading negatief, wat succesvolle conjugatie aangeeft. De Ying Tian et al. rapporteerden MTX lading op Au NP's (18 en 30 nm diameter) van 15±0,4% en 10±1,0%. In deze studie werden FA en MTX geladen in Au@SiO₂ NP's met encapsulatie-efficiëntie van 22,6% en 77,5% respectievelijk. Chromatogram van gelijktijdige MTX en FA beoordeling in Fig. 2d.

Celopname

Omdat intracellulaire fotothermale agenten de efficiëntie van fotothermale kankertherapie verbeteren, is celinternalisatie van fotothermale materialen noodzakelijk. In vitro celopnametest met MDA-MB-231 cellen (hoge folaatreceptorexpressie). Om de rol van FA als targeteringsagent en efficiëntie van oppervlaktecoating te bestuderen, werden MCF-7 en MDA-MB-231 behandeld met Au@SiO₂ NP's en MTX-FA geladen Au@SiO₂ NP's. Gemiddelde fluoresente intensiteit resultaten in Fig. 4. Opname van Au@SiO₂ NP's in beide cellijnen nam toe over kweektijd voor alle monsters (Fig. 4 en 5). Na oppervlakteversiering met MTX en FA nam celopname significant toe in beide folaatreceptorexprimerende cellijnen. MTX-FA geladen Au@SiO₂ NP's opname in MDA-MB-231 was groter dan in MCF-7. Omdat MDA-MB-231 hogere folaatreceptorexpressie heeft, gingen meer getargete NP's via receptor-gemedieerde endocytose naar binnen. In een andere studie gebeurde verhoogde internalisatie van folaat-geconjugeerde NP's alleen in kankercellen die aHFR overexpresseren, niet in gezonde cellen met lagere expressie. Conjugatie van Au@SiO₂ NP's met FA vergemakkelijkt celopname van NP's en methotrexaat, leidend tot verhoogde toxiciteit tegen MDA-MB-231 cellen.

Cytotoxiciteitsassay

In vitro cytotoxiciteit van vrije MTX, lege Au@SiO₂ NP's en MTX-FA geconjugeerde Au@SiO₂ NP's geëvalueerd via MTT-assay voor 24, 48, 72 uur (Fig. 6). Au@SiO₂ NP's hadden geen cytotoxisch effect op MCF-7 en MDA-MB-231. Vergelijking van vrije MTX en MTX-FA geconjugeerde Au@SiO₂ NP's met zelfde MTX-concentraties (25, 50, 100, 200 μg/mL) voor alle behandelingstijden. Cytotoxiciteitsresultaten: vrije MTX of MTX-FA geconjugeerde NP's toonden ~10-25% sterfte na 24u in beide lijnen. Eerdere studies rapporteerden proliferatief effect van goudnanodeeltjes op muriene osteoblasten (MC3T3-E1) en humane periodontale ligament stamcellen in vitro. Onze resultaten komen overeen; Fig. 6a en b tonen proliferatief effect van vrije Au@SiO₂ NP's. De gelijke cytotoxiciteit van MTX en FA-MTX geladen Au@SiO₂ NP's (NPD) kan hierdoor worden verklaard.

Laserbestraaling

Celviabiliteit van MCF-7 en MDA-MB-231 behandeld met Au@SiO₂ NP's en MTX-FA geladen Au@SiO₂ NP's na laserbestraling (30-105 J/cm²) onderzocht via MTT-assay. Sterfte van MCF-7 en MDA-MB-231 behandeld met MTX-FA geladen Au@SiO₂ NP's (MTX 100 μg/mL) na LLLT bij 75 J/cm² was ~39% en ~45,5% respectievelijk. Onder dezelfde condities toonden cellen met Au@SiO₂ NP's + laser of alleen laser geen duidelijke celdood. Bij verhoging naar 105 J/cm² steeg sterfte tot 60-75% voor beide lijnen, terwijl Au@SiO₂ NP's + laser of laser alleen geen cytotoxiciteit toonden. IC50 waarden voor MCF-7 en MDA-MB-231 na combinatietherapie met MTX-FA geladen Au@SiO₂ NP's (MTX 100 μg/mL) en LLLT waren 90 en 75 J/cm² respectievelijk. Sterfte van MTX en MTX-FA geladen NP's zonder laser bij MTX 100 μg/mL was 15-25% in beide lijnen. Deze resultaten tonen aan dat de combinatie van MTX-FA geladen Au@SiO₂ NP's en lasertherapie een synergistisch effect heeft in beide lijnen en celviabiliteit significant verlaagt (p<0,001) vergeleken met alleen laser. NP-behandeling, met name met targeteringsstrategie, verbetert de effectiviteit van lasertherapie in borstkankerceldestructie (Fig. 7).

Apoptose-studie via DAPI

Apoptose bestudeerd in MCF-7 en MDA-MB-231 na behandeling met Au@SiO₂ NP's, MTX-FA geladen Au@SiO₂ NP's met/zonder laser om te weten of laser de chemotherapie-efficiëntie verhoogt. Resultaten (Fig. 8): normale cellen zonder behandeling (controle), cellen met alleen laser, of vrije Au@SiO₂ NP's zonder laser hadden typische kernen, geen apoptose. Cellen behandeld met vrije MTX, Au@SiO₂ NP's met laser, en MTX-FA geladen Au@SiO₂ NP's zonder laser toonden gedeeltelijke apoptotische kernen. Cellen behandeld met MTX-FA geladen Au@SiO₂ NP's in combinatie met laser (810 nm, 75 J/cm², 139 sec) toonden een grote daling in celpopulatie. Laser effectiviteit werd verhoogd na opname van MTX/FA geladen Au@SiO₂ NP's. De nieuwe MTX-FA geladen Au@SiO₂ NP's zijn in staat om fotothermale effecten te versterken door hoog gefragmenteerde celkernen, radicale toename in celverlies en complete celschade.

Celcyclus

Celcyclusverdeling na behandeling met MTX, Au@SiO₂ NP's en MTX-FA geladen Au@SiO₂ NP's in combinatie met LLLT (75 J/cm²) of zonder laser bestudeerd in beide lijnen via flowcytometrie en PI-kleuring van DNA (Fig. 9). Onbehandelde cellen (controle) waren actief in S-fase. Laser 75 J/cm² verlaagde S-fase percentage niet-significant. Cellen met alleen LLLT (zonder NP/geneesmiddel) toonden significante toename in G0/G1 populatie, wat veiligheid van LLLT alleen aantoont. NP-behandeling stoorde celcyclus niet in beide lijnen. Behandeling met vrije MTX met/zonder laser toonde enige celcyclusstoornissen, inclusieve reductie in S-fase. Alleen NPD verlaagde S-fase. Interessant: MTX-FA geladen Au@SiO₂ NP's (NPD) verhoogde celpercentage in sub-G0/G1 als teken van apoptose. Het percentage MDA-MB-231 cellen in sub-G0/G1 (~18%) was significant hoger dan MCF-7 (~12%) in NPD behandelingsgroep door hogere NP-opname in MDA-MB-231.

Ramos et al. toonden aan dat LLLT in tumorcellen het percentage cellen in S en G2/M fasen verhoogt, met reductie in proliferatie en toename in senescentie. Celcyclusstudie na LLLT (15 J/cm²) toonde G1-arrest, in lijn met groeistilstand in bestraalde TK6 cellen. Een andere groep rapporteerde dat PTT primair cellen in S-fase stoort en celpopulatie en arrest in G2/M fase verhoogt. PTT kan radio-sensitisering induceren via celcyclusstoornis. Hun resultaten zijn in overeenstemming met onze studie (celcyclusstoornis, reductie S-fase). Onze studie toonde ook toename in apoptotische cellen (sub-G0/G1) na combinatie chemo-fotothermale therapie. Daarom kan een combinatie van LLLT en MTX-FA geladen Au@SiO₂ NP's (NPD) als borstkanker-getargete NP's de therapie-efficiëntie verhogen.

Conclusies

In deze studie werden MTX-FA geladen Au@SiO₂ NP's ontworpen voor getargete borstkankertherapie in combinatie met LLLT als non-invasieve, FDA-goedgekeurde lasertherapie. MTX-FA geladen Au@SiO₂ NP's met spherische morfologie, gemiddelde diameter 25 nm, oppervlaktelading -19,7 mV verkregen. Deze grootte en lading liggen in een geschikt bereik voor verbeterde bio-distributie. De succesvolle getargete strategie werd bevestigd door hogere celopname in MDA-MB-231 vergeleken met MCF-7 (verschillende folaatreceptorexpressie). MTT-assay, DAPI-kleuring en celcyclusresultaten toonden aan dat de combinatie van chemo-fotothermale therapie een synergistisch effect had en de cytotoxiciteit en apoptose in beide borstkankercellijnen, met name MDA-MB-231, significant verhoogde (p<0,001). Aangezien Au@SiO₂ NP's of LLLT geen cytotoxische effecten toonden, kan geconcludeerd worden dat ons therapeutisch ontwerp synergistische effecten heeft op de doelsite. De bevindingen kunnen nuttig zijn voor het ontwerpen van toekomstige kankertherapieprogramma's met bio-chemotherapie gecombineerd met lage-niveau lasers.

Beschikbaarheid van Data en Materialen

Niet van toepassing

Afkortingen

Au@SiO₂:

Silica-gecoate goud

BK:

Borstkanker

DHFR:

Dihydrofolaat reductase

DMSO:

Dimethylsulfoxide

FA:

Folaat

LLLT:

Laag-niveau lasertherapie

LSPR:

Gelokaliseerde oppervlakteplasmonresonantie

MSN:

Mesoporeuze silica nanodeeltjes

MTX:

Methotrexaat

NIR:

Near-infrared

NP's:

Nanodeeltjes

PTT:

Fotothermale therapie

RhoD:

Rhodamine B

TFSNP's:

Thiol-gefunctionaliseerde silica-gecoate nanodeeltjes