PolyMOF Radiosensitizers as Nanocarriers with X-Ray-Triggered Dual-Gas Release for Enhanced Radiotherapy

纳米载体 材料科学 放射治疗 对偶(语法数字) 纳米技术 持续发光 药物输送 光电子学 医学 发光 内科学 艺术 文学类 热释光
作者
Yufei Cao,Min Zheng,Qinghao Zhou,Yansong Dong,Yuzhu Hou,Zhishen Ge
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsami.5c11614
摘要

The therapeutic efficacy of radiotherapy (RT) is significantly constrained by insufficient intratumoral reactive oxygen species (ROS) generation and the inherent tumor radioresistance. To overcome these limitations, we develop a novel nanoplatform based on polymeric metal-organic frameworks (PMOFs) that uniquely integrates potent radiosensitization with X-ray-triggered, spatiotemporally synchronized release of two therapeutic gases, carbon monoxide (CO), and hydrogen sulfide (H2S). This platform, termed as SHF@PMOF, is fabricated by using hafnium (Hf)-oxo clusters, porphyrin linkers (TCPP), and 1, 4-bezenedicarboxylic acid-bearing block copolymers to form highly porous structures capable of encapsulating the dual-gas donor thio-3-hydroxyflavone (SHF). Crucially, SHF@PMOF acts as a highly efficient radiosensitizer, markedly boosting the ROS generation under X-ray irradiation. Simultaneously, the same X-ray stimulus triggers the controlled corelease of CO and H2S from the loaded SHF donor within the PMOF matrix. This innovative combination of intensified ROS-mediated radiotherapy and synergistic CO/H2S gas therapy leads to dramatically enhanced anticancer efficacy, even at low radiation doses. Mechanistic studies reveal that the dual-gas release specifically induces mitochondrial dysfunction, characterized by impaired ATP production, disrupted Ca2+ buffering, and inhibited NADH activity, which collectively contribute to heightened radiosensitivity and potent tumor cell killing. Both in vitro and in vivo studies conclusively demonstrate the superior performance of SHF@PMOF plus X-ray irradiation, achieving highly efficient cancer treatment through this integrated RT/gas therapy approach. This work pioneers the use of PMOF nanocarriers for codelivering a dual-gas donor and radiosensitizing components, presenting a groundbreaking strategy to amplify RT efficacy via synergistic ROS enhancement and gas-sensitized radioresponse.
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