Fe(III)-Hemine gegraft SBA-15: Geavanceerde katalysator voor kleurstofdegradatie, medicijnlevering en H₂O₂ detectie

Samenvatting

Porphyrine ijzer moleculen (hemine) werden succesvol gegraft op de gekanaliseerde mesoporieuze silica van SBA-15 (FeIX-SBA-15), waarin de gehechte hemine moleculen fungeerden als enzymmimic voor het katalyseren van oxidatiereacties. In aanwezigheid van H₂O₂ degradeerde het bereide FeIX-SBA-15 composiet effectief industriële kleurstof Orange II en katalyseerde tetramethylbenzidine hydrochloride (TMB) zowel in de oplossing als op het membraan, waaruit de colorimetrische H₂O₂ detectie bereikt werd. Bovendien vertoonden de hemine-gegrafte composieten een hoge ladinginhoud van antikanker medicijn doxorubicin hydrochloride (DOX) met een sustained releasing gedrag zoals gemonitord door real-time celanalyse, wat resulteerde in een verbeterde inhibitieve effect op kankercelgroei vergeleken met DOX/SBA-15. De hemine-gemodificeerde mesoporieuze silica nanocomposiet biedt een geïntegreerd nanoplatform met veelbelovende biomedische toepassingen.

Inleiding

Om de nadelen van natuurlijke enzymen te overwinnen zoals vatbaarheid voor denaturering onder harde omgevingsomstandigheden, werden aanzienlijke inspanningen geleverd om enzymmimetica van hoge stabiliteit te ontwikkelen inclusief graphene oxide, hemine en metaal nanopartikels [1, 2]. Onder deze kunstmatige enzymen is hemine, het actieve centrum van heme-proteine families, een bekende natuurlijke metalloporphyrine [3]. Als katalysator kunnen metalloporphyrine complexen de oxidatie van milieuverontreinigingen zoals polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAHs) en azokleurstoffen effectief katalyseren, wat de substraatmoleculen omzet in functionele zuurstof-bevattende organische verbindingen of degradeert ze tot onschadelijke verbindingen [4-6]. Niettemin, kan de katalytische activiteit van hemine lijden onder oxidatieve zelfdegradatie, moleculaire aggregatie tot inactieve dimeren en lage oplosbaarheid in waterige buffers [7]. Immobilisatie van hemine op vaste ondersteuning met hoog oppervlak heeft een economische maar efficiënte strategie geboden om de hoge katalytische prestaties te bereiken terwijl de onbevredigende activiteitsverlies bij praktisch gebruik geminimaliseerd wordt.

Vanwege de haalbaarheid van structurele aanpassingen aan de buiten- en binnenoppervlakken [8], hebben diverse typen mesoporieuze silicium nanomaterialen (MSNs) met metalloporphyrine toenemende aandacht gekregen voor diverse toepassingen. Bijvoorbeeld, Huang et al. rapporteerden hemine-gebaseerde mesoporieuze silica nanoreactoren met opmerkelijke peroxidase-achtige activiteit [9]. Barbosa et al. ontwikkelden metalloporphyrines geïmmobiliseerd Fe₃O₄@SiO₂ mesoporieuze submicro-sferen als herbruikbare biomimetische katalysatoren voor koolwaterstofoxidatie [10]. Heel recent rapporteerde Sun et al. een nieuwe chemiluminescentie sensor gebaseerd op dubbele aptamer biorecognitie en hemine-geencapsuleerde mesoporieuze silica voor trombine detectie [11]. Onder diverse MSNs vertoont SBA-15 (Santa Barbara Amorphous-15) de hexagonale poriënstructuur en afstelbare poriën grootte van 3-10 nm haalbaar voor chemisch graften van functionele moleculen [8, 12]. Als silicium materialen heeft SBA-15 lagere biologische toxiciteit, en grote hoeveelheid labil Si-OH groepen op de oppervlakken van SBA-15 kunnen gebruikt worden voor graften van andere functionele moleculen om meer functionaliteit van SBA-15 te confereren [13]. Het is gerapporteerd dat SBA-15 gebruikt kan worden als drager voor enzymimmobilisatie, antilichaam lading en medicijnlevering [14-16].

DOX als effectieve chemotherapeutische antibioticum is de eerste-lijn behandeling voor een breed-spectrum kanker, maar de bijwerkingen in de kliniek blijven een ernstig probleem [17]. Om de therapeutische effectiviteit te verbeteren terwijl de systemische toxiciteit van DOX te verminderen, zijn aanzienlijke inspanningen geleverd op moleculair ontwerp alsook formulering ontwikkeling van diverse medicijnleveringssystemen. Na de mesoporieuze MCM-41 (Mobil Composition of Matter No. 41) eerst als medicijndrager gebruikt werd in 2001 [18], bezitten MSNs inclusief SBA-15 voordeelhafte kenmerken [19, 20] vanwege hun inherente poriënstructuur wenselijk voor medicijnlading en vrijgave. Niettemin, kunnen de ingewikkelde chemische modificaties op MSNs hun praktische toepassing beperken.

In deze studie graften we met succes hemine op SBA-15 om een composietmateriaal te bouwen (FeIX-SBA-15) (Schema 1), waarin niet alleen de enzym-achtige activiteit van hemine behouden bleef, maar de efficiënte encapsulatie en sustained release van doxorubicin hydrochloride (DOX) werden bereikt zoals gereflecteerd door de groeicurve van geïncubeerde kankercellen door de real-time celanalyzer (RTCA) technologie [21-23]. Opvallend werd een relatief hoge ladinginhoud van DOX verkregen voor DOX/FeIX-SBA-15 in vergelijking met ons eerdere werk met ferrocencarbzuur-gemodificeerde SBA-15 (FCA-SBA-15) [24] wat mogelijk te wijten is aan de verfijnde π-π stacking tussen gegraafte FeIX en DOX in de ondersteuning. Bovendien, dankzij de vaste vorm van FeIX-SBA-15 die geïmmobiliseerd was op een commercieel filtermembraan, werd een stroomkatalyse formaat voor effectieve kleurstofdegradatie en colorimetrische detectie van waterstofperoxide ontwikkeld.

Materialen en methoden

Materialen

Alle reagentia waren van analytische graad (A.R.) en zonder verdere zuivering gebruikt. Tri-blok copolymeer Pluronic P123 (EO₂₀PO₂₀EO₂₀, MW = 5800) werd gekocht bij Sigma-Aldrich (Duitsland). 3-aminopropyltriethoxysilaan (APTES), tetraethylorthosilicaat (TEOS), zuur orange II en tetramethylbenzidine hydrochloride werden verkregen van Shanghai Aladdin biologische technologie Co., Ltd (China). Hemine en doxorubicin hydrochloride werden gekocht bij Shanghai Macklin Biochemische Co., Ltd (China). Trypsine-EDTA oplossing werd verkregen van Beyotime Biotechnologie Co., Ltd (China). Celcultuurmedia (RPMI-1640) waren van GE Healthcare Life Sciences Co., Ltd (China). Foetale kalvesserum (FBS) werd verkregen van Gibco Co., Ltd (VS). Penicilline en streptomycine waren van Thermo Fisher Scientific Co., Ltd. De A549 cellijn werd verkregen van de American Type Culture Collection (ATCC).

Chemisch graften van SBA-15 voor medicijnlading

SBA-15 werd bereid zoals eerder gerapporteerd [12]. Vervolgens werd 0,40 g SBA-15 gedispergeerd in 140 ml methylbenzeen bij 80 °C en APTES (1,2 ml) toegevoegd. Daarna werd het mengsel nog 8 uur gerold en gescheiden door centrifugeren bij 5000 rpm gedurende 5 min. Na wassen met ethanol en water, werden de resulterende producten die APTES-SBA-15 drooggelegd bij 80 °C. Hemine (0,15 g) werd eerst gedispergeerd in 30 ml DMSO en gevolgd door de toevoeging van APTES-SBA-15 (0,60 g), en daarna werd het mengsel nog 7 uur gerold bij 70 °C. Het resulterende product werd gecentrifugeerd, gewassen en ten slotte gedroogd, wat FeIX-SBA-15 was.

Na FeIX gevalideerd was om succesvol op SBA-15 gegraafd te zijn, en FeIX-SBA-15 (0,50 g) werd opgeschud in 20 ml gedioniseerd water bevattend DOX·HCl (2 mg/ml) roerend bij 37 °C gedurende 24 uur om DOX te laden. Vervolgens werden de producten gecentrifugeerd bij 5000 rpm gedurende 5 min. Na wassen, drogen en malen, werden de eindproducten verzameld (DOX/FeIX-SBA-15).

Karakterisaties

De morfologische kenmerken van het monster werden bestudeerd door scanning elektronenmicroscoop (SEM, Hitachi SU-1510) met energiedispersieve spectroscopie (EDS) Röntgen detector werkend bij een versnellingsspanning van 15 kV. De kleine hoek Röntgendiffractie (SAXRD) patronen van bereide materialen werden verzameld door een Smartlab TM 9 KW Röntgendiffractometer met Cu Kα straling (λ = 0,154 nm) in de 2θ van 0,2°-8°. Röntgenfluorescentie (XRF) analyse werd gemeten op Röntgenfluorescentie spectrometer (Thermo Scientific, VS). De stikstofsorptie-isothermen werden gemeten op een volumetrische adsorptie analyzer (BELSORP-MINI, Japan) in een relatieve drukbereik P/P₀ van 0,01 tot 0,99. Het specifieke oppervlak en de verdeling van poriën grootte werden berekend met behulp van de Brunauer-Emmett-Teller (BET) en Barrett-Joyner-Halenda (BJH) metingen, respectievelijk. Vaste UV-vis spectra van materialen werden opgenomen door vaste UV-vis spectrophotometer (Thermo Scientific, VS). De absorptiespectra van monsters werden gemeten op een ultraviolette en zichtbare spectrophotometer (UV-vis 7300, China) om DOX medicijnladingsinhoud (DLC) te berekenen volgens de volgende formule: DLC (wt. %) = (gewicht van geladen medicijn/totaal gewicht van mesoporieuze materiaal en geladen medicijn) *100%. Het ijzergehalte van DOX/FeIX-SBA-15 werd bepaald door een Inductively Coupling Plasma emissie spectrometer (ICP, PE Optima 2000DV, VS). Voor analyse werd de DOX/FeIX-SBA-15 volledig opgelost in fluorwaterstofzuur eerst, dan fluorwaterstofzuur verdampt en het monster heropgelost in geconcentreerde salpeterzuur.

Katalytische activiteit en degradatiegedrag van FeIX-SBA-15

Gezien de enzym-achtige activiteit van FeIX, werd de katalytische activiteit van TMB en het degradatiegedrag van zuur orange II in oplossing onderzocht. Een gemengde oplossing bevattend 20 mM NaOH en 1,5 mM Triton X-100 werd bereid, en daarna 4 keer verdund met PB oplossing voor het oplossen van FeIX-SBA-15. In de TMB katalytische reactie werd 500 µl FeIX-SBA-15 (600 µg/ml) gemengd met 500 µl H₂O₂ (2 mM) als substraat gebruikt om TMB (500 µl, 3 mg/ml) te degraderen. De spectrale metingen werden op specifieke tijdstippen uitgevoerd om de reactiegraad te evalueren. Om het degradatiegedrag van gesynthetiseerde composieten te bestuderen, diende het mengsel van 500 µl FeIX-SBA-15 (600 µg/ml) oplossing en 500 µl 10 mM H₂O₂ oplossing als substraat. Vervolgens werd 500 µl Orange II (0,25 mM) aan bovenstaande oplossing toegevoegd. De absorbantiemetingen werden op 485 nm vastgelegd.

Daarnaast werden de composieten verder geïmmobiliseerd op het commercieel filtermembraan om zuur orange II in een stroomkatalyse manier te degraderen. 5 ml opgeschudde oplossing van FeIX-SBA-15 (600 µg/ml) werd door een commercieel filter (0,22 µm, Millipore) geleid om het materiaal op het filter te vangen en bij kamertemperatuur te drogen. 500 µl Orange II (0,25 mM) oplossing gemengd met 500 µl H₂O₂ (10 mM) en 500 µl H₂O werd door het commercieel filtermembraan geladen met FeIX-SBA-15 geleid. De spectrale metingen van het mengsel werden vastgelegd.

Colorimetrische detectie van H₂O₂

Voor H₂O₂ detecties in oplossing, werden de mengsels van 500 µl FeIX-SBA-15 (600 µg/ml) en 500 µl TMB (3 mg/ml) bereid. Vervolgens werd 500 µl H₂O₂ van varierende concentraties (25-500 µM) aan bovenstaande oplossingen toegevoegd en 10 min geïncubeerd bij 30 °C. Ten slotte werden de spectrale metingen op 651 nm vastgelegd.

Gelijktijdig werd de meting van H₂O₂ uitgevoerd op het commercieel filtermembraan geïmmobiliseerd de composieten in een stroomkatalyse manier. Het gemodificeerde membraan werd verkregen zoals hierboven beschreven. Vervolgens werden de mengsels van 500 µl H₂O₂ (0,293 ~ 8,8 mM), 500 µl TMB (2 mg/ml) en 500 µl H₂O door de gemodificeerde commerciële filtermembranen apart geleid, waarna de spectrale metingen van het mengsel op 651 nm vastgelegd werden.

De absorbantie werd uitgezet tegen de concentratie van H₂O₂, en de detectielimiet (LOD) van de methode werd geëvalueerd via de formule: LOD = 3RSD/helling. (RSD: relatieve standaarddeviatie).

Celkweek en RTCA detectie

Humane niet-kleincel longcellen A549 werden gekweekt met RPMI-1640 medium, bevattend 10% FBS, 1% penicilline-streptomycine oplossing in een incubator bevattend 5% CO₂ bij 37 °C (Thermo Scientific). Real-time celanalyzer (RTCA) technologie (xCELLigence systeem, ACEA Biosciences Inc.) en Cel Tel Kit-8 (CCK-8, DOJINDO Laboratorium) methode werden gebruikt voor de cytotoxiciteitsevaluatie van de materialen. In RTCA detectie werden 5000-8000 cellen per put gezaaid in E-plaat. Celincubatie en proliferatie werden op real-time basis gemonitord door de analyzer, waarin de signaalveranderingen uitgedrukt werden als een arbitraire eenheid gedefinieerd als celindex (CI). Cellen werden blootgesteld aan FeIX-SBA-15 en DOX/FeIX-SBA-15 bij een concentratie van 12,6 µg/ml. De concentratie van DOX was 0,50 µg/ml. Daarnaast, om de IC₅₀ van DOX/FeIX-SBA-15 te verkrijgen, werden cellen behandeld met verschillende doses van DOX/FeIX-SBA-15 van 1,6 tot 50,4 µg/ml gedetecteerd. Bovendien werd CCK-8 kit assay als een eindpuntmethode gebruikt om de cytotoxiciteit van materialen te detecteren. Het CCK-8 reagent geïncubeerd met cellen gedurende 2 uur en de absorbantie werd gemeten door microplaatlezer bij de golflengte van 450 nm.

Resultaten en discussie

Materialen karakterisaties

Het composiet van DOX/FeIX-SBA-15 werd gesynthetiseerd zoals geïllustreerd in Schema 1. APTES-SBA-15 werd eerst bereid via aminatiereactie [13]. Vervolgens werden de moleculen van FeIX op het oppervlak van APTES-SBA-15 gegraafd door een amide reactie en electrostatische interactie tussen de carboxylgroepen en de aminogroepen in de mesoporen. Ten slotte werd het antikanker medicijn DOX geladen in FeIX-SBA-15 composieten met betrokkenheid van de sterke moleculaire interacties van π-π stacking tussen FeIX en DOX vanwege het geconjugeerde planaire macrocyclische molecuul van FeIX [25] en de anthracycline chromoforen van DOX [24].

De composieten oppervlaktemicrostructuur werd geëvalueerd door scanning elektronenmicroscopie (SEM). Zoals getoond in Fig. 1a, werden SBA-15 van buisvormige structuren met bepaalde uniformiteit van grootte van 0,4-1 µm gevormd in SBA-15 en gehechte FeIX en DOX moleculen veroorzaakten geen duidelijke morfologische veranderingen. De TEM afbeeldingen (Fig. S1) van DOX/FeIX-SBA-15 in vergelijking met SBA-15 valideerden de behouden mesostructuur na de chemische modificaties. De chemische samenstelling van DOX/FeIX-SBA-15 werd verder geschat door Röntgenfluorescentie spectroscopie. Zoals getoond in Tabel S1, werden Si, O, C, Fe en sporen van andere geabsorbeerde elementen gevonden in DOX/FeIX-SBA-15. In vergelijking met die van FeIX-SBA-15, waren de berekende atoompercentages van Si (~ 24,3%) en Fe (~ 2,5%) in DOX/FeIX-SBA-15 iets lager, maar de hoeveelheid C (11,3%) is relatief hoog wat de succesvolle encapsulatie van DOX suggereert. Om de oppervlaktecomponenten verder te evalueren, werden vaste UV-vis spectra van composieten opgenomen. Zoals getoond in Fig. S2, vergelijkbaar met die van FeIX moleculen, vertoonde FeIX-SBA-15 absorptiebanden bij 250-350 nm, 450-550 nm en 600-700 nm, terwijl er praktisch geen waarneembare banden waren voor SBA-15 [26]. In vergelijking, vertoonde DOX/FeIX-SBA-15 een brede absorptieband van 450-550 nm afkomstig van DOX.

De kleine hoek Röntgendiffractie analyse van composieten werd ook uitgevoerd. Zoals getoond in Fig. 1b, vertoonden de SAXRD patronen van SBA-15 een hoofddiffractiepiek bij 0,94° met twee waarneembare pieken bij 1,6° en 1,8° weerspiegeld (100), (110) en (200) kristallografische vlakken, respectievelijk, wijzend op een goed gedefinieerde mesostructuur [27]. In vergelijking met SBA-15, toonden de SAXRD patronen van DOX/SBA-15 een afname in piekintensiteit, wat aangeeft dat het laden van DOX geen schade aan de poriënstructuur bracht. Echter, graften van FeIX in SBA-15 resulteerde in een waarneembare piekverschuiving naar grotere hoeken met afgenomen piekintensiteit van (110) en (200) kristallografische vlakken wat de partiële verlies van mesostructurele regulariteit van materialen suggereert [28]. Opvallend, verdere lading van DOX in FeIX-SBA-15 veroorzaakte het verdwijnen van (110) en (200) kristallografische vlakken.

Om de mesostructurele parameters van de monsters te verkrijgen, werden de stikstofsorptie-isothermen vastgelegd. Zoals getoond in Fig. 1c, vertoonden alle monsters typische type IV isothermen met een scherpe capillair condensatie stap bij hoge relatieve drukken, wat het behoud van mesostructuur na chemische modificaties aangeeft [24]. Zoals getoond in Fig. 1d en Tabel S2, in vergelijking met die van SBA-15 van ~ 6 nm, werd een afname in poriën grootte bij conjugatie van FeIX/DOX waargenomen wat de resultaten van SAXRD bevestigt. De DOX ladinginhoud in DOX/SBA-15 en DOX/FeIX-SBA-15 werd berekend op 1,14% en 4,27%, respectievelijk. De resultaten gaven aan dat FeIX-gegraft SBA-15 de laadcapaciteit van DOX in de mesoporen verbeterde wat ~ 3,7-voudig was van DOX/SBA-15 en ~ 1,6-voudig van die van DOX/FCA-SBA-15 uit ons eerdere werk [24]. Dergelijke verbeterde laadcapaciteit van medicijnmoleculen kan toegeschreven worden aan de verfijnde moleculaire interacties tussen FeIX en DOX.

Katalytische activiteit en degradatiegedrag van gegraafde hemine op mesoporen

De katalytische activiteit van FeIX-SBA-15 werd geëvalueerd door TMB te gebruiken in aanwezigheid van H₂O₂ als modelreactie [29]. Figuur 2a toonde dat de absorbantie-intensiteit van de assayoplossing (TMB + H₂O₂ + FeIX-SBA-15) toename met de katalytische reactietijd. Dienovereenkomstig veranderden oplossingen in blauwe kleur en worden donkerder met de tijd (Fig. 2b). Echter, de reactie trad niet op wanneer zowel H₂O₂ als FeIX-SBA-15 afwezig was in de oplossing wat een peroxidase activiteit van FeIX-SBA-15 aangeeft. Terwijl, zoals getoond in Fig. S3A, was FeIX-SBA-15 in staat om Orange II te degraderen in aanwezigheid van H₂O₂ zoals gemonitord door UV-vis absorbantie binnen 3-uurs reactietijd.

Gegeven de vaste vorm van hemine-graft mesoporieuze composieten, werd een stroomkatalyse formaat gebaseerd op het FeIX-SBA-15-geïmmobiliseerde commercieel filtermembraan getest voor organische transformaties [30, 31]. Zoals getoond in Fig. S3B, toen H₂O₂ en Orange II mengsel door het gemodificeerde membraan geleid werd, in vergelijking met het controlemembraan met alleen SBA-15 (Fig. S3C), daalde de absorptie-intensiteit van de oplossing concomitant wat het FeIX-SBA-15 geïmmobiliseerde membraan van grote katalytische activiteit na hergebruik aangeeft, wat toegepast kan worden in kleurstofdegradatie in afvalwater [32, 33].

Daarnaast, in vergelijking met mierikswortelperoxidase, vertoonden composieten bevattende hemine opmerkelijke katalytische activiteit in een wijd bereik van pH toe te schrijven aan voldoende stabiliteit van hemine onder relatief harde omstandigheden inclusief zure oplossing [29, 34], wat van praktisch belang is.

Colorimetrische detectie van H₂O₂

Gebaseerd op de TMB katalysereactiemodel van FeIX-SBA-15, werd een colorimetrische strategie voor de kwantitatieve analyse van H₂O₂ in oplossing vastgesteld met de calibratieplot getoond in Fig. 2c. Het concentratiebereik van H₂O₂ was van 25-500 µM met een detectielimiet (LOD) van 2,1 µM.

Vervolgens werd een eenvoudige chromogene detectie van H₂O₂ ook ontwikkeld door directe filtratie van H₂O₂ van gevarieerde concentraties door het FeIX-SBA-15 gemodificeerde commercieel membraan. Zoals getoond in Fig. 2d, wordt het lineaire detectiebereik geschat van 0,293 tot 8,80 mM met een detectielimiet van 0,067 mM. De vergelijking van de analytische parameters verkregen met die van eerdere rapportages is getabuleerd in Tabel 1, wat indicatief is van detectieprestaties gerelateerd aan reactieomstandigheden zoals katalysatorconcentratie, pH en assay temperatuur [35]. Hoewel de voorgestelde methode die eerdere rapportages niet overtreft, was de analytische prestatie met een breed calibratieconcentratiebereik vergelijkbaar met chromogene methoden.

Cytotoxiciteitsassay en dynamische monitoring van effecten van DOX-geladen complexen op cellen

Zoals getoond in Fig. 3, werden de groei-inhibitorische effecten van monsters op A549 cellen eerst geëvalueerd door CCK-8 kit en de gemeten half-inhibitorische concentraties (IC₅₀) van 24 uur zijn samengevat in Tabel S3. De cellen behandeld met SBA-15 van 150 µg/ml behielden nog steeds meer dan 80% cellevensvatbaarheid wat de lage cytotoxiciteit van materialen reflecteert. De IC₅₀ van DOX/FeIX-SBA-15 (12,6 µg/ml) was ~ viervoudig lager dan die van DOX/SBA-15 (58,8 µg/ml) en ~ driemaal lager dan FeIX-SBA-15 (35,4 µg/ml), wat suggereerde dat het graften van FeIX op SBA-15 efficiënt was om DOX te laden om het cytotoxische effect te verbeteren.

De groeistatus van A549 cellen behandeld met verschillende composieten toonde de sustained medicijnvrijgave in Fig. 4a, b gemonitord door RTCA, wat gebaseerd is op een label-vrije impedantie detectieprincipe om de fysiologische condities van cellen te reflecteren [41]. Zoals getoond in Fig. 4a, bij de geteste dosering, namen de celindexwaarden van DOX behandelde cellen eerst toe en daalden vervolgens snel, een scherpe daling in genormaliseerde celindex (NCI) waarden waargenomen betreffende een DNA schadelijk proces [42]. De NCI waarden van zowel FeIX-SBA-15 (12,6 µg/ml) als DOX/FeIX-SBA-15 (12,6 µg/ml) waren lager dan de controle, maar de NCI waarden werden waargenomen om toe te nemen met de incubatietijd. In vergelijking met FeIX-SBA-15, namen de NCI waarden van DOX/FeIX-SBA-15 behandelde cellen toe tijdens de eerste paar uren van behandeling. Echter, door de sustained release gedrag van medicijnlevering en de effectieve concentratie accumulatie van DOX vrijgegeven uit de mesoporen van DOX/FeIX-SBA-15 was niet genoeg om de meeste cellen te doden, vertoonde de celgroei van A549 cellen behandeld door DOX/FeIX-SBA-15 een relatief stabiele en inhibitorische toestand, terwijl de celindexwaarden van FeIX-SBA-15 behandelde cellen significant toegenamen in het volgende proces. Bij de IC₅₀ concentratie van 12,6 µg/ml (CCK-8), werd de NCI waarde van DOX/FeIX-SBA-15 hoger gevonden dan 50% van de controle groep na 24 uur. Daarom werd een meervoudig-dosis effect van DOX/FeIX-SBA-15 op cellen vastgelegd (Fig. 4B) en de afgeleide dosis-respons curven van de vastgelegde NCI van DOX/FeIX-SBA-15 werden berekend met RTCA software (Fig. 4c, d). De IC₅₀ waarde van DOX/FeIX-SBA-15 behandelde cellen werd bepaald op 15,0 (24 uur) wat consistent was met CCK-8 tests. En na 48-uurs incubatie, was de berekende IC₅₀ 6,7 (48 uur) µg/ml.

Conclusie

In deze studie graften we met succes hemine moleculen op SBA-15 voor meervoudig gebruik. Het geconstrueerde FeIX-SBA-15 was wenselijk voor het laden van antikanker medicijnen en effectief om TMB te katalyseren en zuur orange II te degraderen zowel in oplossing als op het membraan in aanwezigheid van H₂O₂. Op basis van TMB katalysemodelreactie werd een colorimetrische strategie voor de kwantitatieve analyse van H₂O₂ vastgesteld. Bovendien favorizeerde FeIX-gegraft SBA-15 een relatief hoge ladinginhoud van DOX en verbeterde inhibitieve effect op de kankercelgroei in vergelijking met die van DOX/SBA-15. Tegelijkertijd werd de cytotoxiciteit van DOX/FeIX-SBA-15 op A549 dynamisch gemonitord door RTCA, duidelijk suggesterend sustained-release gedrag van medicijnmoleculen DOX uit mesoporen. Op deze basis verlaagde dit medicijnleveringssysteem de cytotoxiciteit van DOX maar was nog steeds effectief in het remmen van de groei van tumorcellen. Samen genomen, de hemine-gegraft mesoporieuze silica nanocomposiet die we produceerden als vaste katalysator en medicijnleveringssysteem kan een veelzijdig nanoplatform bieden met enorme biomedische potentiën.

Beschikbaarheid van data en materialen

Alle data zijn volledig beschikbaar zonder beperking.