Advanced Functional Materials:铁死亡新应用:我国学者开发基于铁死亡的癌症诊断和协同疗法

2022-11-25 “生物世界”公众号 “生物世界”公众号

各种铁基纳米材料已被开发用于癌症的治疗和诊断,这不仅是因为铁死亡作用、较好的生物相容性和低成本优势,还因为铁基纳米材料优异的物理化学性质。

作为地球上最丰富的元素之一,铁是血红蛋白和许多维持生命的不同酶中的主要功能元素。人体内适量的铁离子对健康有益。值得注意的是,铁离子在细胞中的积累可能导致细胞死亡,这是一种由铁依赖性的活性氧(ROS)生成诱导的程序性细胞死亡,这种细胞死亡方式在2012年被定义为铁死亡(Ferroptosis)。

最近,为了开发新的癌症疗法,癌细胞的铁死亡治疗引起了越来越多的关注,并逐渐发展成为化学动力学治疗(CDT)的主要模式。因此,各种铁基纳米材料已被开发用于癌症的治疗和诊断,这不仅是因为铁死亡作用、较好的生物相容性和低成本优势,还因为铁基纳米材料优异的物理化学性质,如超顺磁性性能。磁性的铁基纳米治疗剂的另一个优点是通过磁共振成像(MRI)同时实现对肿瘤的精确诊断。

由于高组织穿透力和空间分辨率,磁共振成像(MRI)是使用最广泛的成像诊断方法之一。然而,现有的磁性铁基MRI造影剂主要实现横向弛豫性(T2加权MRI)的单一成像效果,这对于低分辨的组织和肿瘤部位难以实现显着的成像诊断。因此,开发提高诊断效果的智能磁性铁基MRI造影剂对肿瘤的准确诊断具有重要意义。最近,动态可切换的MRI造影剂,可以通过特定的TME激活从T2到T1或从T1到T2的可切换MR成像,正成为高分辨率MRI的研究热点。

近日,中国科学院生物物理研究所秦燕课题组和北京科技大学姜建壮教授、王天宇教授合作,在 Advanced Functional Materials 期刊发表了题为:Modulated ultrasmall γ-Fe2O3 nanocrystal assembles for switchable magnetic resonance imaging and photothermal-ferroptotic-chemical synergistic cancer therapy 的研究论文。

该研究开展了癌症的动态MRI诊断和铁死亡治疗、光热治疗(PTT)和化疗协同治疗研究。

研究团队通过调节超小的γ-Fe2O3纳米晶组装体,开发了多级的Fe2O3结构,并进一步结合靶向分子叶酸(FA)和化疗药物(Dox),得到多功能肿瘤诊疗纳米药物UNA-γ-Fe2O3@PAH/PAA@Dox@PEG-FA(UF@PPDF NPs)。UF@PPDF NPs的分级组装结构大大提高了铁的利用效率,并实现了极高的近红外二区(NIR-II)光热转换效率。对于MRI,UF@PPDF通过动态T2-T1成像切换能够清晰地显示组织的大小和致密度,实现了肿瘤的高分辨诊断。

同时,UF@PPDFNPs在NIR-II照射下表现出高效的PTT效果,以及铁离子和Dox的控制释放,从而实现了铁死亡治疗,光热治疗(PTT)和化学治疗相结合的三功能协同肿瘤治疗。差异表达基因的RNA测序(RNA-Seq)分析也表明了这种疗法在癌细胞信号传导中的多方面作用。细胞呼吸和电子传输被显着上调,而表观遗传途径,包括染色质修饰和转录活性被严重下调,从而导致细胞凋亡。因此,UF@PPDF NPs为高效的深部肿瘤诊疗提供了新的可能性。

UF@PPDF NPs的合成、动态可切换MRI诊断和铁死亡-PTT-化学治疗相结合的三功能协同肿瘤治疗。

中科院生物物理所秦燕研究员、骆健俊研究员、北京科技大学姜建壮教授和王天宇教授为本文的共同通讯作者。北京科技大学博士研究生杨包产为本文第一作者。生物物理所薛蓉研究员和研究生毛伟为MRI测试提供了帮助;生物物理所骆健俊研究员和研究生张亦茗为RNA测序分析提供了帮助。生物物理所博士生赵遵岭等也参与了该项研究。该研究获得国家重点研发计划、国家自然科学基金资助。生物物理所实验动物平台为该研究提供了重要的技术支持。

原始出处:

Baochan Yang, Yiming Zhang, Lixin Sun, et al. Modulated Ultrasmall γ-Fe2O3 Nanocrystal Assemblies for Switchable Magnetic Resonance Imaging and Photothermal-Ferroptotic-Chemical Synergistic Cancer Therapy. Advanced Functional Materials, 2022.



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