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澳门大学陈美婉教授团队 AM:GSH/pH双激活的交联氟化PEI介导内源性铁“去劫持”效应和“原位ROS放大”用于增强抗肿瘤治疗
2023-09-14  来源:高分子科技

  铁死亡是一种调节性细胞死亡方式,通过铁离子催化过氧化氢产生羟基自由基,攻击线粒体膜上的不饱和脂肪酸,导致细胞死亡。然而,基于铁死亡的相关治疗策略在抗肿瘤治疗中效率低下,这是由于内源性的铁离子被大量“劫持”于铁蛋白(即不稳定铁库)中且肿瘤细胞内过氧化氢浓度不足所导致的。尽管,通过递送外源性铁/铁离子或诱导肿瘤细胞过氧化氢可以一定程度介导铁死亡的产生,但这些策略往往毒副作用大且效率低下。因此,如何安全有效增加内源性铁的利用并原位放大ROS促进细胞铁死亡效率进而用于抗肿瘤治疗具有重要意义。


  近日,澳门大学陈美婉教授团队提出内源性铁“去劫持”和“原位ROS放大”的协同策略可高效诱导肿瘤细胞铁死亡显著增强抗肿瘤治疗。该团队构建了靶向线粒体表达的KillerRed-超氧化物歧化酶重组蛋白(pMTS-KR-SOD)质粒及碳酸酐酶9敲低的CRISPR/Cas9质粒(pCas-CA IX),并将这些质粒装载于GSH/pH双激活的交联氟化PEIFP)中(即FP@MC纳米复合物)。研究人员发现,该响应性基因体系可在体内外高效转染黑色素瘤细胞(B16-F10)。一方面,碳酸酐酶9的敲低导致胞内酸性增加,释放“被劫持”的不稳定铁库从而增加游离铁离子供应另一方面,在线粒体表达的MTS-KR-SOD蛋白可在光照下产生大量过氧化氢。两者共同介导羟基自由基的升高,从而显著增加肿瘤细胞的铁死亡(图1)。 


1GSH/pH双激活FP体系递送MTS-KR-SODCas-CA IX质粒增加肿瘤细胞的铁死亡。


  构建的Cas-CA IX质粒转染基因组后通过测序和T7EI酶切显示出良好的基因编辑效果,显著下调了细胞CA IX的表达。此外,研究人员通过共聚焦成像发现MTS-KR-SOD与线粒体高度共定位,而通过细胞凋亡染色和细胞增殖实验可以观察到B16-F10细胞在共转染两种质粒并光照后,诱导了显著的细胞死亡。这些结果证明了该纳米体系具有更好的体外抗肿瘤效果(图2)。 


2. Cas-CA IXMTS-KR-SOD质粒表征验证


  为了进一步探究该纳米复合物体系诱导肿瘤细胞死亡的机制,研究人员使用过氧化氢探针ROSGreen和羟基自由基探针HPF对处理后的细胞进行染色以考察两者的变化情况。结果显示细胞转染pMTS-KR-SOD并光照后过氧化氢含量较pMTS-KR明显提升,而同时转染pMTS-KR-SODpCas-CA IX后产生的羟基自由基明显增多,说明了该策略成功地放大了ROS。另外,通过BODIPY探针也检测出其诱导的脂质过氧化物的积累也明显增高,进一步证明了上述结论(图3)。 


3. FP@MC纳米复合物通过内源性光动力诱导扩增ROS用于化学动力治疗。


  基于上述实验结果,研究人员进一步在荷瘤小鼠模型中评估了该纳米体系的抗肿瘤效应。共转pMTS-KR-SODpCas-CA IX质粒并光照后,肿瘤生长受到显著抑制,同时小鼠体重保持稳定,血常规、血生化指标保持正常,体现出较好体内治疗效果(图4)。 


4. FP@MC纳米粒转染小鼠后B16-F10肿瘤的治疗效果。


  该研究以“GSH/pH Dual Activatable Crosslinked and Fluorinated PEI for Cancer Gene Therapy through Endogenous Iron De-Hijacking and in situ ROS Amplification为题发表在在《Advanced Materials》上。该论文通讯作者为澳门大学中华医药研究院陈美婉教授,共同第一作者为博士生杨苏瓃鑫和博士后吴义。该工作得到了澳门特别行政区科技发展基金FDCT (0096/2020/AMJ)和澳门大学MYRG研究基金(MYRG2022-00203-ICMS)的支持。


  原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202304098


陈美婉教授简介

  陈美婉,澳门大学中华医药研究院教授,首届港澳优青,青年岐黄学者,英国皇家化学会会士,2022年全球前2%顶尖科学家。主要致力于生物材料与纳米医学的研究,集中在中药活性成分和基因的递送系统。发表第一/通讯作者SCI论文共130篇,成果发表于Advanced MaterialsACS NanoNano Letters等国际权威期刊。所有论文引用超过10000次,H因子61。参与中英文学术著作的编写6部和申请及获得授权专利9项。荣获第一///六届澳门特别行政区自然科学奖/科技进步奖(2012/2014/2018/2022)。

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(责任编辑:xu)
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