Un nanoagente a base de cobre podría impulsar la medicina nanocatalítica

Aunque la terapia quimiodinámica es una posible estrategia antitumoral, su ineficiencia en la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS) restringe su traducción clínica. En un artículo publicado recientemente en la revista Biomaterialeslos investigadores construyeron un nanosistema liposomal para coencapsular artemisinina (ART) y nanopuntos de peróxido de cobre (CPN) para la apoptosis de células cancerosas potenciada por autofagia y relacionada con la ferroptosis.

Un nanoagente a base de cobre podría impulsar la medicina nanocatalítica​​​​​​​​​​​​​​

Estudiar: Ingeniería de nanomedicina catalítica dual para nanoterapia contra el cáncer con autofagia aumentada y ferroptosis. Haber de imagen: Buravlevastock/Shutterstock.com

En esta estrategia, los CPN liberan peróxido de hidrógeno (H2O2) y cobre (Cu2+) iones en el entorno ácido de la célula tumoral, seguido de la generación endógena de radicales libres hidroxilo (.OH) a través de una reacción tipo Fenton mediada por Cu. cobre2+ Los iones catalizan la producción de especies de ROS a partir de los componentes de ART, que causan daño oxidativo en las células cancerosas y conducen a la muerte celular. Además, la capacidad de inducir la autofagia de ART conduce a la degradación de la ferritina y aumenta la reserva de hierro (Fe) intracelular, lo que promueve la ferroptosis de las células cancerosas.

Los nanosistemas liposomales acumulados en los sitios del tumor liberan simultáneamente ART y CPN al someter el sitio del tumor a la irradiación con ultrasonido (US). ejecutando in vitro y En Vivo los estudios sobre esta estrategia demostraron la eficacia terapéutica de la apoptosis de células cancerosas involucradas en ferroptosis aumentada por autofagia. En el presente trabajo, Cu cumplió el doble propósito de activar ART para liberar ROS y proporcionar una nanoplataforma sensible al microambiente tumoral (TME) para suprimir el crecimiento tumoral.

Nanomedicina para la apoptosis de células cancerosas

La medicina nanocatalítica es una estrategia antineoplásica potencial que explora el efecto de una especie química en las actividades fisiológicas. Los estudios sobre las reacciones catalíticas dentro de las células tumorales revelaron que estas reacciones fueron activadas por sustancias no tóxicas, limitadas o altamente tóxicas, lo que condujo al desarrollo de la medicina nanocatalítica.

La terapia mediada por ROS aprovecha la capacidad intrínseca de ROS para generar oxígeno singulete (1O2), aniones superóxido (O2.-) y radicales hidroxilo (.OH), que conducen de manera eficiente a la apoptosis de las células cancerosas mediante el daño oxidativo y el encogimiento de las células cancerosas. Por lo tanto, las formulaciones basadas en ROS son muy efectivas para la apoptosis de las células cancerosas.

El metabolismo anormal en las células cancerosas aumenta los niveles de ROS en los tumores y, en última instancia, provoca la muerte celular. Por otro lado, las estrategias no invasivas como la terapia sonodinámica (SDT), la terapia fotodinámica (PDT), la activación de rayos X y el ultrasonido también pueden aumentar los niveles de ROS en las células tumorales. Sin embargo, estas estrategias también podrían dañar el tejido sano circundante, lo que conduciría al riesgo indeseable de metástasis tumoral.

Las reacciones de tipo Fenton son mejores alternativas a las estrategias físicas mencionadas anteriormente que aumentan la producción de ROS en las células tumorales. Sin embargo, dos desafíos en esta estrategia, la sobreexpresión de H2O2 y la falta de TME ácido suave condujo al desarrollo de nanocatalizadores avanzados a base de hierro (Fe). Dado que la entrega directa de Fe puede causar efectos secundarios no deseados, la sustitución de Fe por nanosistemas basados ​​en Cu fue beneficiosa para iniciar reacciones similares a las de Fenton.

Ingeniería de nanomedicina catalítica dual para nanoterapia contra el cáncer

En el presente estudio, el [email protected] El nanosistema se fabricó mediante la coencapsulación de CPN y ART para nanoterapia contra el cáncer con autofagia mejorada y ferroptosis. El componente CNP se sintetizó mediante una reacción de peroxidación. Estos CNP sirvieron como agentes de Fenton con H2O2 capacidad de autoabastecimiento para combatir el H2O2 disponibilidad limitada en TME.

Las imágenes de microscopía electrónica de transmisión (TEM) mostraron un tamaño promedio de CPN de aproximadamente 5-8 nanómetros y [email protected] de 100 nanómetros. Los espectros infrarrojos por transformada de Fourier (FTIR) de [email protected] mostró los picos característicos de ART y CPNs.

Se realizaron análisis de dispersión de luz dinámica (DLS), potencial Zeta y TEM para comprender la estabilidad de la [email protected] nanosistema en varios medios biológicos y los resultados revelaron su integridad en medios fisiológicos sin alteraciones en la morfología o el tamaño.

Bajo TME ácido suave, los CNP liberaron Cu en forma paralela2+ y H2O2, que desencadenó instantáneamente una reacción similar a Fenton basada en Cu, denominada reacción catalítica (I). Además, Cu2+ podría romper el puente de endoperóxido de ART para facilitar la generación de radicales ROS, denominada reacción catalítica II. Por lo tanto, la [email protected] nanosystem se utilizó para coadministrar ART y CPN.

Los radicales ROS liberados dentro de una célula tumoral causaron daño oxidativo intracelular debido a la acumulación de peróxido de lípidos (LPO), promoviendo así la muerte de células cancerosas involucradas en ferroptosis. Además, la autofagia inducida por ART provocó la degradación de los componentes citoplasmáticos y la ferritina que contenía Fe, lo que mejoró los niveles intracelulares de Fe y facilitó la apoptosis de las células cancerosas.

Después de la acumulación de nanoliposomas dentro de las células tumorales a través del efecto de retención y permeabilidad mejorada (EPR), la irradiación de EE. UU. aplicada liberó ART y CPN en forma paralela. Con la ayuda de este trabajo, se demostró la eficacia del nanoagente basado en Cu para catalizar la generación de ROS inducida por ART.

Conclusión

En resumen, la novela [email protected] El nanosistema fue diseñado para administrar conjuntamente CPN y ART para la muerte de células cancerosas involucradas en ferroptosis inducida y mejorada por autofagia. El CPN lanzó paralelamente H2O2 y Cu2+ bajo TME ácido suave y producido.radicales OH vía reacción catalítica I. La capacidad del Cu2+ Los iones para catalizar la descomposición del puente endoperóxido de ART impulsaron la generación de radicales ROS a través de la reacción catalítica II.

La degradación de ferritina inducida por ART condujo a un aumento de los niveles de Fe celular y promovió la ferroptosis. La irradiación de EE. UU. en el sitio del tumor indujo la liberación del fármaco del nanosistema y logró una alta eficacia terapéutica al acelerar las reacciones catalíticas. Por lo tanto, la nanoplataforma catalítica dual basada en Cu del presente estudio sirvió como una estrategia eficiente en el tratamiento del cáncer.

Referencia

Li, Z., Wang, C., Dai, C., Hu, R., Ding, L., Feng, W., Huang, H. et al. (2022). Ingeniería de nanomedicina catalítica dual para nanoterapia contra el cáncer con autofagia aumentada y ferroptosis. Biomateriales. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2022.121668

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