Ultrasound-Triggered Activation of p-Azidobenzyloxycarbonyl-Based Prodrugs via Radical-Mediated Cascade Elimination

化学 前药 级联 组合化学 立体化学 生物化学 色谱法
作者
Hang Xu,Mengfei Zheng,Daping Ye,Junyan An,Zhilin Liu,Zhaohui Tang,Xuesi Chen
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.5c03878
摘要

Selective prodrug activation at tumor sites through noninvasive external stimuli represents a promising strategy in enhancing the therapeutic index. Here, we report a p-azidobenzyloxycarbonyl (PAzBC)-based prodrug platform activated by physiotherapy-grade ultrasound (2.0 W/cm2, 1 MHz) through radical-mediated cascade elimination. Mechanistic studies reveal that ultrasound initiates single-electron-transfer (SET) and hydrogen-atom-transfer (HAT) processes, enabling efficient azide-to-amine reduction. This activation is further amplified by superoxide anion radicals generated via acoustic sensitizers, as confirmed by DFT calculations and radical trapping experiments. The PAzBC platform demonstrates broad applicability with diverse drug functionalities (amino, hydroxyl, sulfhydryl), achieving >99% azide reduction efficiency and approximately 40% active drug release under optimized sonication conditions. Cellular studies reveal a 4.1-115.5-fold reduction in prodrug toxicity and a 11.9-169.5-fold enhancement in selective activation, highlighting its potential for clinical translation. This work establishes a robust platform for spatiotemporally controlled drug delivery, advancing the field of ultrasound-mediated precision cancer therapy.
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