CoFe₂O₄ Kwantum Dots: Dubbele Fotothermische/Fotodynamische Therapie voor NSCLC - Apoptose Inducering via PI3K/AKT Modulatie

Samenvatting

Niet-kleincel longkanker (NSCLC) is wereldwijd de op een na meest gediagnosticeerde maligne tumor. Als onderdeel van ons langdurige belangstelling in nanomaterialen voor kankertherapieën, hebben we hier nieuwe CoFe₂O₄-kwantum dots (QDs) geconstrueerd met uitstekende synergistische fotothermische/fotodynamische eigenschappen die NSCLC efficiënt onderdrukken zonder duidelijke toxiciteit. We tonen aan dat de combinatie van CoFe₂O₄-QDs + NIR-behandeling apoptose van NSCLC-cellen induceert. Daarnaast bevordert deze combinatie ook de generatie van reactieve zuurstofsoorten (ROS) om celdood te activeren via regulatie van de PI3K/AKT-route. Bovendien elimineert de CoFe₂O₄-QDs + NIR-behandeling met succes tumor-xenografts in vivo zonder duidelijke toxische effecten. Samen samengevat tonen de nieuwe nanomaterialen CoFe₂O₄-QDs een versterkte synergistische fotothermische en fotodynamische therapie-effect op het doden van NSCLC zonder toxiciteit, wat een veelbelovende fotosensitizer voor NSCLC-therapie kan zijn.

Inleiding

Kanker is de leidende doodsoorzaak en brengt een enorme last voor gezinnen en samenleving, waarbij longkanker in 2020 op de tweede plaats staat van meest gediagnosticeerde kanker en de eerste van kankergerelateerde sterfte. Zoals gerapporteerd, staat niet-kleincel longkanker (NSCLC), wat ongeveer 85% van alle longkankers uitmaakt, bekend om hoge incidentie en sterfte. Recentelijk, naast chirurgische opties, is grote inspanning geleverd om chemotherapieën of immunotherapieën te ontwikkelen om NSCLC te behandelen. Bijvoorbeeld, EGFR-mutante inhibitoren en KRAS-inhibitors zijn effectief gebleken en er zijn nog meer nieuwe ALK-inhibitors in ontwikkeling. Immuuncheckpoint-inhibitors zoals anti-PDL1 en anti-CTLA4 brengen ook veelbelovende effectiviteit en verlengen de overlevingskans. De responsiviteit op deze medicijnen verschilt echter van patiënt tot patiënt en de bijwerkingen, met name medicamentenresistentie, mogen niet worden genegeerd. Daarom is het ontwikkelen van nieuwe therapeutische strategieën, die minder invasief zijn, een urgente noodzaak voor NSCLC-onderzoek en klinische behandelingen.

Op basis van recente vooruitgang heeft het gebruik van nanomaterialen om fotothermische therapie (PTT) en fotodynamische therapie (PDT) uit te voeren enorme aandacht getrokken en grote ontwikkeling bereikt als anti-kankerstrategie en kan een alternatieve optie in klinische behandeling zijn. Nanomateriaal-gebaseerde PTT en PDT kennemerken zich door minder invasiviteit en lage toxiciteit, met weinig kans om medicamentenresistentie te induceren. In samenwerking met licht, meestal NIR, kunnen gelokaliseerde nanomaterialen de temperatuur binnen de tumor verhogen en zuurstof omzetten in cytotoxische reactieve zuurstofsoorten (ROS), wat celdood veroorzaakt om tumoren te elimineren. In deze context speelt het nanomateriaal een cruciale rol in de invloed op de effectiviteit en het garanderen van de veiligheid. Hoewel dergelijke nanomaterialen metaalnanoestructuren, koolstofgebaseerde materialen, polymere nanopartikels (PNPs) of halfgeleiderverbindingen omvatten, hebben ze elk hun eigen beperkingen. Bijvoorbeeld, koolstofgebaseerde materialen zijn duur en hebben onvoldoende suspensie-eigenschappen, wat hun toepassing op grote schaal en klinisch potentieel beperkt. Daarom moeten meer pogingen worden gedaan om meer geschikte nanomaterialen te genereren voor verder gebruik.

In recente jaren hebben kwantum dots (QDs), als nieuwe nanomaterialen, grote aandacht in biomedische toepassingen gekregen vanwege hun goede bio-compatibiliteit, oplosbaarheid en het meest hun superieure foto-stabiliteit en gemakkelijke oppervlaktefunctionaliserings-eigenschappen. Door deze eigenschappen te benutten, hebben verschillende rapporten QDs gebruikt als nieuwe PDT-reagentia en kunnen ze worden ontworpen om samen met andere biomoleculen de effectiviteit van PDT in kankerbehandeling te verbeteren. Bijvoorbeeld, Meng en collega's rapporteerden een multifunctionele GQD@MnO₂ geïnduceerd door tweefotonexcitatie om de PDT-effectiviteit te verbeteren. Daarnaast genereerden Kuo en collega's stikstof-gedopte QDs door ze te functionaliseren met aminomoleculen, wat de PDT-efficiëntie ook verbeterde. Geïnspireerd door deze interessante bevindingen, zochten we nieuwe QDs te ontwikkelen gecombineerd met niet-edelmetaal-gebaseerde nanomaterialen die PTT en PDT synergistische effecten in één nanosysteem kunnen brengen. Bijvoorbeeld, Co-gebaseerd nanomateriaal is een goed bestudeerd niet-edelmetaal-gebaseerd nanomateriaal, bekend om zijn gebruik als PTT-agenten voor tumortherapie of imaging. Daarom stelden we voor dat het ontwerpen van Co-gebaseerde QDs versterkte PTT/PDT synergistische effecten kan opleveren.

In deze studie synthetiseerden we nieuwe nanomaterialen CoFe₂O₄-QDs die versterkte PTT en PDT synergistische effecten tonen op het doden van NSCLC zonder toxische effecten in vitro en in vivo, wat een veelbelovende fotosensitizer voor NSCLC-therapie kan zijn.

Materiaal en Methodes

Synthese van CoFe₂O₄-QDs

De CoFe₂O₄-QDs werden gesynthetiseerd via een hydrothermale methode. Typisch werden 0,238 g CoCl₂·6H₂O en 0,808 g Fe(NO₃)₃·9H₂O opgelost in 10 mL H₂O en 10 mL propyleenglycol mengsel, en vervolgens 10 minuten geroerd. Daarna werd 4 mL dithranolamine druppelgewijs aan de oplossing toegevoegd, gevolgd door 30 minuten roeren. De verkregen slib werd overgebracht naar een 50 mL roestvrij stalen teflon-gevoerde autoklaaf. De autoklaaf werd 3 uur bij 160 °C in een oven gehouden. De CoFe₂O₄-QDs werden verzameld door 10 minuten te centrifugeren met 8500 rpm en vervolgens achtereenvolgens gespoeld met gedemineraliseerd water en ethanol. Reagentia en materialen gebruikt in deze studie zijn te vinden in Tabel 1.

Karakterisatie van CoFe₂O₄-QDs

De morfologie en grootte van de bereide CoFe₂O₄-QDs werden bepaald door TEM en EDS-systeem. De kristalstructuur werd geanalyseerd door een röntgendiffractometer (Bruker Duitsland) uitgerust met Cu Kα-straling (k = 0,15406 nm). Het absorptiespectrum van CoFe₂O₄-QDs werd gedetecteerd met een SHIMADZU UV-2600 spectrofotometer. De elementvalentietoestanden van CoFe₂O₄-QDs werden bepaald door röntgenfotoemissiespectroscopie metingen (XPS, VG ESCALAB 220I-XL, VS). De thermische afbeelding werd vastgelegd met een IR-thermische camera (FLIR E50, VS).

Celkweek

NSCLC-cellijnen NCI-H460 (H460) en A549 en humane navelstreng endotheelcellen (HUVECs) werden verkregen van ATCC en getest op mycoplasma-negatief. H460 en A549 cellen werden gekweekt in RPMI-1640 aangevuld met 10% foetaal kalvesserum (FBS) en 1% Penicilline-Streptomycine (Gibco). HUVECs werden gekweekt in endotheelcel groeimedium (Sigma, #211-500). Alle cellen werden in het donker bij 37 °C met 5% CO₂ geïncuubeerd.

Cytotoxiciteitsdetectie

Verschillende werkconcentraties (0,1, 0,5, 1,0, 2,0 mg/mL) van CoFe₂O₄-QDs werden toegevoegd en 24 uur gekweekt met HUVECs. Na incubatie werd het kweekmedium veranderd en CCK-8 reagent aan elke put toegevoegd gevolgd door 1 uur incubatie. Vervolgens werden de platen gemeten bij 450 nm met een EnSpire™ Multimode Plaatlezer. De verhouding van cellevensvatbaarheid werd genomen als 100% in controle HUVECs.

Apoptose Analyse

H460 en A549 cellen (2 × 10⁵) werden overnachten in 6-puttenplaten gekweekt voor behandeling met 1,0 mg/mL CoFe₂O₄-QDs gecombineerd met NIR-laser van 808 nm gedurende 5 min. Vervolgens werden cellen gewassen en gekleurd met Annexin-V/PI apoptose kit (BD; #556547) volgens de instructies van de fabrikant. Voor HUVECs apoptose assay, werden HUVECs geïncubeerd met verschillende concentraties van CoFe₂O₄-QDs. De apoptoseverhouding werd bepaald zoals hierboven beschreven.

Cellulaire ROS Detectie

H460 en A549 cellen werden overnachten in 6-puttenplaten gekweekt. Cellen werden geïncubeerd met of zonder 1,0 mg/mL gedurende 1 uur en behandeld met NIR-laser van 808 nm gedurende 5 min. Na behandelingen werd DCFH-DA toegevoegd en 30 minuten geïncubeerd, gevolgd door FACS-detectie met excitatie/emissie bij 485 nm/535 nm. Voor ROS-inhibitie assay, werd ROS-inhibitor NAC (Sigma; A7250) toegevoegd volgens de instructies van de fabrikant. Data werden verder gekwantificeerd met Flow-jo software.

Western Blot Analyse

H460 en A549 cellen werden behandeld zoals bij apoptose assay, en het gehele celproteïne werd geëxtraheerd met RIPA lyseringsbuffer. Western blot detectie werd uitgevoerd zoals eerder beschreven. De antistoffen gebruikt in deze studie waren: rabbit polyclonale anti-Bcl-2 (abcam; ab59348), rabbit monoclonale anti-Bax (abcam; ab32503), rabbit polyclonale anti-P-PI3K (Bio-Vision; 3152-100), rabbit monoclonale anti-P-AKT-S473 (CST; 4060S), rabbit monoclonale anti-β-Actine (CST; 4970S), anti-rabbit IgG HRP-gekoppeld antistof (CST; 7074S). Kwantificering werd bepaald door gebruik te maken van Image-J software.

In vivo Studie van Anti-NSCLC Effect van de Combinatie van CoFe₂O₄ en NIR-behandeling

Om de tumor-dodende capaciteit van CoFe₂O₄-QDs te bepalen, werden H460 cellen subcutaneus geïmplanteerd met 50% MatriGel in NSG muizen (N = 8 per groep). 4-6 weken oude mannelijke M-NSG muizen werden verkregen van Shanghai Model Organisms (#NM-NSG-001) voor alle in vivo experimenten. Toen de tumor zichtbaar was en het volume bijna 5 mm × 5 mm bereikte, werden alle muizen willekeurig verdeeld in vier groepen: Controle, Alleen NIR, Alleen CoFe₂O₄-QDs en CoFe₂O₄-QDs + NIR groep. Muis in de CoFe₂O₄-QDs alleen en CoFe₂O₄-QDs + NIR groep werden intratumoraal geïnjecteerd met 50 μL CoFe₂O₄ (5,0 mg/kg) gebaseerd op ons eerdere werk, terwijl Controle en NIR groep geïnjecteerd werden met 50 μL PBS. Na injectie werd NIR 808 nm laser (1 W/cm²) uitgevoerd in NIR en CoFe₂O₄-QDs + NIR groep gedurende 10 min, wat werd gemonitord door infrarood thermische beeldvormingsapparatuur. Tumorvolume werd dagelijks vastgelegd en berekend met de formule V = lengte × breedte²/2. Zodra de diameter van tumor-xenografts in overgebleven muizen bijna 15 mm bereikte, werden muizen geofferd en tumor-xenografts gefotografeerd en opgeslagen voor verdere detectie. Alle dierproeven en protocollen werden goedgekeurd door het Institutioneel Dierverzorgings- en Gebruikscomité (IACUC) en Dierenwelzijnscomité van Peking Universiteit Shenzhen Ziekenhuis.

H&E en Immunohistopathologische Kleuring Analyse

Voor pathologische beoordeling werden de tumor-xenografts (N = 3) één dag na behandeling in elke groep geoogst en vervolgens vastgezet in 10% gebufferde formaline, gevolgd door inbedding in paraffine voor H&E-kleuring en IHC-detectie. Voor in vivo toxiciteitsevaluatie werden de nieren, lever, longen, hart en milt van de muizen geëxtraheerd en vastgezet voor pathologische beoordeling. Voor IHC-kleuring werd anti-Ki67 antistof (Abcam; ab15580) gebruikt. Kwantificering van IHC-positief gebied werd uitgevoerd door software Fiji.

Statistische Analyse

Voor alle experimenten vertegenwoordigt "N" het aantal herhalingen of het aantal muizen zoals aangegeven in de figuurlegenda. Student's t-toets of one-way ANOVA werd gebruikt voor statistische vergelijkingen. P < 0,05 wordt als statistisch significant beschouwd terwijl "ns" niet-significant weergeeft. P < 0,05, P < 0,01 en P < 0,001 worden aangeduid met respectievelijk "*", "**" en "***" asterisks. Data werden geanalyseerd met GraphPad Prism 5.

Resultaten

De Kenmerken van Nieuwe CoFe₂O₄-QDs

Allereerst construheerden we de CoFe₂O₄-QDs met behulp van een hydrothermale benadering die laagkostig en eenvoudig uit te voeren is. De TEM-afbeelding van CoFe₂O₄-QDs wordt getoond in Fig. 1a, met een uniform en stabiel patroon met een diameter van ongeveer 3,4 nm (Fig. 1b). De als-bereide CoFe₂O₄-QDs zijn donkerbruin van kleur (Fig. 1b) en hebben een uitstekende oplosbaarheid in water. Verder toont de hoge-resolutie TEM-afbeelding (Fig. 1c) de roosterafstand van (222) is ongeveer 0,242 nm, wat consistent is met de kristalparameters van CoFe₂O₄-QDs. Bovendien bevestigt het elementenspectrum (Fig. 1d) verder de elementcomponent van de CoFe₂O₄-QDs is Co en Fe, en de atoomverhouding van Co en Fe was ongeveer 1:2. Deze data toonden een succesvolle constructie van CoFe₂O₄-QDs voor ons verdere onderzoek.

De Fysieke Eigenschap Detectie van CoFe₂O₄-QDs

Om de fysieke eigenschappen van bereide CoFe₂O₄-QDs te bepalen, voerden we diverse detecties na constructie uit. Met de NIR-absorptiebepalingstest toonden CoFe₂O₄-QDs een juiste fotothermische conversie in een concentratie-afhankelijke manier en de temperatuurstoegen (ΔT) konden worden afgesteld van 0,3 tot 18,9 °C (Fig. 2a). Daarnaast, bij de concentratie 1,0 mg/mL van CoFe₂O₄-QDs, door de NIR-bestralingsvermogen te verhogen van 0,5 tot 2,0 W/cm², kon de ΔT worden afgesteld van 0,8 tot 24,3 °C (Fig. 2b). Deze data suggereerden dat de fotothermische conversieprestaties van CoFe₂O₄-QDs afhankelijk waren van de concentratie en de bestralingsvermogen. Verder werd de stabiliteit van CoFe₂O₄-QDs geïnduceerde fotothermische conversie bepaald met periodieke bestraling (Fig. 2c). Hoewel de berekende licht-naar-warmte conversie-efficiëntie 7,18% was (Fig. 2d), is het voldoende om het PDT-effect van CoFe₂O₄-QDs te versterken. Bovendien is de langste golflengte die CoFe₂O₄-QDs kan absorberen ongeveer 808 nm (Fig. 2e, f). Samen genomen suggereerden deze data dat CoFe₂O₄-QDs ontwikkeld kunnen worden tot een veelbelovende PTT/PDT synergistische agent voor alternatieve tumordodende therapie.

Cytotoxiciteitsbeoordeling van CoFe₂O₄-QDs Tegenover Normale Cellen

Omdat nanopartikels breed worden gebruikt als medicijnafgifte of intra-medium voor tumortherapieën, moet de cytotoxiciteit van CoFe₂O₄-QDs tegenover normale cellen, met name humane vasculaire epitheele cellen, bevestigd worden voor verder gebruik. Daarom testten we, vanuit de eerdere resultaten, verschillende concentraties (0,1, 0,5, 1,0 en 2,0 mg/mL) van CoFe₂O₄-QDs. Na co-kweek met HUVECs (normale humane epitheele cellijn), werd CCK-8 reagent toegevoegd voor de detectie van cellevensvatbaarheid. Er werd geen duidelijke cytotoxiciteit waargenoten vergeleken met de controle groep (Fig. 3a). In deze context werd verder apoptose assay uitgevoerd om consistente resultaten te bereiken onder dezelfde condities (Fig. 3b). De kwantificering van de apoptosesnelheid toonde geen significant verschil vergeleken met de controle groep (Fig. 3c). Deze data toonden aan dat CoFe₂O₄-QDs geen duidelijke toxische effecten hadden op normale cellen, wat aangeeft dat CoFe₂O₄-QDs het potentieel hebben om als intermedium voor medicijnafgifte te worden gebruikt.

Combinatie van NIR en CoFe₂O₄-QDs Induceert Apoptose van NSCLC

Om de potentiële NSCLC-cel dodende capaciteit van CoFe₂O₄-QDs te bepalen, werd NIR-laser (808 nm) bestraling uitgevoerd gecombineerd met incubatie van CoFe₂O₄-QDs in vitro. Vervolgens werd apoptose assay uitgevoerd na behandelingen, zowel H460 als A549 cellen toonden agressieve apoptosesnelheid met de combinatie van CoFe₂O₄-QDs en NIR-laser (Fig. 4a, b). Kwantificering toonde significant verschil vergeleken met controle groep, terwijl CoFe₂O₄-QDs alleen of NIR alleen groepen geen verschil lieten zien, wat aangeeft dat CoFe₂O₄-QDs plus NIR anti-NSCLC effect kan induceren (Fig. 4a, b). Het is bekend dat de alteratie van het proteïneniveau van Bcl-2/Bax belangrijk is om te bepalen of cellen apoptose zullen ondergaan. Consistent met dit idee, werd het proteïneniveau van Bcl-2 en Bax bepaald in zowel H460 als A549 cellen na behandelingen (Fig. 4c, d). Zoals verwacht, toonden de data ook aan dat de verhouding van Bcl-2/Bax afnam, wat beschouwd werd als de marker van mitochondria-gemediëerde apoptose. Daarom presenteerden we dat CoFe₂O₄-QDs plus NIR leidt tot anti-NSCLC effect door activatie van de mitochondria-gemediëerde apoptose route.

Combinatie van CoFe₂O₄-QDs en NIR Induceert ROS Generatie via PI3K/AKT Route

Mitochondriale dysfunctie leidt altijd tot opgereguleerd niveau van ROS-generatie, wat celdood in NSCLC veroorzaakt. In deze context voerden we ROS-detectie uit na CoFe₂O₄-QDs plus NIR-behandeling in H460 en A549 cellen. De resultaten toonden een enorme vrijlating van ROS in de combinatiegroep, wat aangeeft dat versterkt PDT-effect geïnduceerd kon worden door CoFe₂O₄-QDs zelfs met lage fotothermische transmissie-efficiëntie. Verder werd het gerelateerde proteïneniveau van de PI3K/AKT-signaalroute ook verlaagd, wat suggereerde dat de alteratie van ROS gereguleerd werd door de PI3K/AKT-route, wat leidt tot de alteratie van Bcl-2/Bax proteïnexpressieniveau. Om dit idee te bevestigen, werd de ROS-inhibitor NAC toegevoegd om het fenomeen om te keren. Vervolgens werd de expressie van PI3K/AKT bepaald als gered na NAC-behandeling, wat verder bevestigde dat de ROS-vrijlating na CoFe₂O₄-QDs plus NIR-behandeling gereguleerd werd door de PI3K/AKT-route. Deze bevindingen ondersteunen sterk het idee dat de combinatie van CoFe₂O₄-QDs en NIR kan leiden tot synergistische PTT en PDT effect in het doden van NSCLC-cellen door het induceren van mitochondria-dysfunctie (ROS) afhankelijke apoptose.

In vivo Anti-NSCLC Beoordeling van Combinatie van CoFe₂O₄-QDs en NIR

Op basis van de in vitro resultaten onderzochten we vervolgens het anti-NSCLC effect van CoFe₂O₄-QDs en NIR combinatiebehandeling op NSCLC tumordragende muizenmodel. M-NSG muizen werden subcutaneus geïmplanteerd met H460 cellen. Na intratumorale injectie met CoFe₂O₄-QDs, veroorzaakte de NIR-laser bestraling een snelle temperatuurstijging tot ongeveer 56 °C onder monitoring van thermische detectieapparatuur. Bovendien toonde histopathologische kleuring uitgebreide necrosegebied in de combinatiegroep, wat aangeeft dat CoFe₂O₄-QDs plus NIR-behandeling tumordood veroorzaakte als resultaat van tumoreliminatie. Verder IHC-kleuring toonde ook dat Ki-67 positief gebied agressief was ingekrrompen vergeleken met andere groepen na de combinatiebehandeling, wat aangeeft dat de behandelde tumor-xenografts niet langer konden prolifereren. Vervolgens volgden we 12 dagen op na CoFe₂O₄-QDs en NIR-behandeling. Zoals verwacht, groeiden de grootte en het gewicht van de tumor-xenografts in andere groepen opmerkelijk, maar niet in de CoFe₂O₄-QDs en NIR-behandeling groep, wat het idee ondersteunt dat de gecombineerde behandeling de tumor-xenografts in vivo volledig kon elimineren. Wat betreft het cytotoxische effect van CoFe₂O₄-QDs, tenminste in onze observatieperiode, werd geen duidelijke nadelige effect gedetecteerd uit de resultaten van histopathologische analyse binnen belangrijke organen van muizen. De bovenstaande data leverden sterke bewijzen dat CoFe₂O₄-QDs ontwikkeld kunnen worden als een nieuwe PTT/PDT reagent voor NSCLC-behandeling.

Discussie

In de afgelopen jaren heeft het onderzoek naar het ontwikkelen van anti-NSCLC strategieën enorme vooruitgang geboekt. Zowel de precisiemedicijn gericht op specifieke mutante oncogeen-verslaafde NSCLC als immuuncheckpoint-blokkade therapieën brengen veelbelovende toekomst in klinische behandelingen. Echter, gegeven de complexiteit en heterogeniciteit van de tumormicro-omgeving en het onderliggende risico van het verliezen van tumorantigenen, blijkt het een knelpunt om de medicamentenresistentie-ratio te verlagen na de immuun-ontwijkende status, wat leidt tot tumorherstel in korte tijd. Daarom is het zoeken naar nieuwe behandelingen of intermedia voor NSCLC-therapieën een urgente zaak. Onder de opkomende benaderingen zijn nanomaterialen gewaardeerd en als effectieve kankerdodende agenten voorgeplaatst. Door hun kleine grootte, goede biocompatibiliteit en thermische transmissievaardigheden te benutten, tonen verschillende nanomaterialen uitstekende kankerdodende capaciteiten in recent onderzoek.

In onze studie hebben we een nieuwe CoFe₂O₄-QDs ontwikkeld die toegepast kan worden als intermedium voor NSCLC-behandelingen via het induceren van tumorcellen apoptose met synergistische PTT en PDT effecten. Als andere nanomaterialen vertoonden CoFe₂O₄-QDs uitstekende biocompatibiliteit in onze studies, die geen duidelijke toxiciteit lieten zien tegenover normale cellen en belangrijke organen. Hoewel we vonden dat de thermische transmissiesnelheid niet zo hoog is als andere nanomaterialen, is het voldoende voor CoFe₂O₄-QDs om kankercel apoptose te induceren onder NIR-laser activatie. CoFe₂O₄-QDs toont een goede lineaire relatie met de lichtabsorptie in deze studie en potentieel ROS te genereren met de combinatie van NIR-laser, wat verder bewijst dat CoFe₂O₄-QDs kan fungeren als geavanceerde fotosensitizer. We kunnen vervolgens de structuur verder optimaliseren of thermisch gevoelige elementen aan CoFe₂O₄-QDs toevoegen die een hogere thermische transmissiesnelheid kunnen bereiken voor betere synergistische PTT en PDT effecten. Bovendien is het toepassen van chemische geneesmiddelen of antilichamen op het oppervlak van CoFe₂O₄-QDs ook haalbaar, wat superieure dodende efficiëntie kan brengen. Bijvoorbeeld, de aanpak van het koppelen van anti-PDL1 of anti-CTLA4 antilichamen aan CoFe₂O₄-QDs kan een veelbelovende combinatietherapie zijn in het doorbreken van de immuun-onderdrukkende micro-omgeving binnen tumoren, wat ons volgende belang is om vol gebruik te maken van CoFe₂O₄-QDs.

Daarnaast werd het mechanisme van CoFe₂O₄-QDs in het doden van NSCLC ook in deze studie aufgehelderd. We bevestigden dat CoFe₂O₄-QDs NSCLC apoptose voornamelijk induceert door ROS-secretie na NIR-laser geactiveerde synergistische PDT en PTT effecten. Overmatige ROS-generatie veroorzaakt oxidatieve stress van tumorcellen en directe DNA-schade, wat op zijn beurt downstream signaleringsroutes activeert, en dan de dood van tumorcellen induceert. Onder welke, toenemende bewijzen tonen aan dat de PI3K/AKT-route gereguleerd kan worden door cellulair ROS en leidt tot mitochondria-dysfunctie. Het is algemeen geaccepteerd dat bij activering, AKT gefosforyleerd wordt door PI3K en daarmee het pro-apoptotische proteïne Bax inactiveert en cellen beschermt tegen apoptose. Daarnaast is gefosforyleerde AKT ook in staat om de MDM2/p53-complex te stabiliseren, wat cellexistentie regelt. In deze context werd de rol van zo'n route in CoFe₂O₄-QDs geïnduceerde ROS-secretie onderzocht. Zoals verwacht, vonden we dat overmatige ROS veroorzaakt door CoFe₂O₄-QDs de expressie van PI3K/AKT-routes aanzienlijk downreguleerde en daardoor tumorcellen apoptose veroorzaakte via activering van Bax maar inactivation van Bcl-2 proteïne. Deze bevinding werd verder bevestigd door toevoeging van ROS-inhibitor, wat de PI3K/AKT-expressie omkeerde en de productie van ROS verminderde. Aangezien de PI3K/AKT-route bekend is om cellexistentie en dood te regelen, met name in kankercellen, zou het begrijpen van dergelijke mechanismen van CoFe₂O₄-QDs in het doden van NSCLC ons helpen om meer opties voor combinatietherapieën te ontwikkelen.

Samenvattend, om nieuwe fotosensitizers te ontwikkelen voor alternatieve tumordodende therapie, hebben we in deze studie met succes CoFe₂O₄-QDs geconstrueerd door gebruik te maken van een hydrothermale benadering op een laagkostige en gemakkelijke manier. De CoFe₂O₄-QDs hebben een brede NIR-absorptie, goede biocompatibiliteit en fotothermische conversievaardigheid. Bovendien, vergeleken met eerder gerapporteerde QDs, vertoonden CoFe₂O₄-QDs synergistische PTT/PDT effect in het doden van NSCLC-tumor, wat een veelbelovende multifunctionele agent vertegenwoordigt in toekomstige fototherapieën van NSCLC. Bovendien, met NIR-bestraaling, konden CoFe₂O₄-QDs NSCLC voornamelijk doden door het induceren van ROS-generatie via het reguleren van Bcl-2/Bax-expressie door de upstream PI3K/AKT-signaalroute. Wat betreft in vivo tumor-dodende capaciteit, konden CoFe₂O₄-QDs gecombineerd met NIR de NSCLC tumor-xenografts volledig elimineren zonder duidelijke toxische effecten. Deze bevindingen bewijzen dat CoFe₂O₄-QDs veelbelovende toepassingen bezit om ontwikkeld te worden als een nieuwe NSCLC-dodende reagent.

Conclusie

Kortom, de door ons gesynthetiseerde CoFe₂O₄-QDs kunnen superieure PTT/PDT synergistische effecten vertonen in het onderdrukken van NSCLC door het induceren van ROS-generatie via het reguleren van de PI3K/AKT-route, wat licht werpt op het mechanisme-onderzoek en toepassingen van nieuwe fotosensitizer vestigingen.