Mitochondria-Targeted Nanosystem Enhances Radio–Radiodynamic–Chemodynamic Therapy on Triple Negative Breast Cancer

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作者
Jiangsheng Li,Zhu You,Shiyi Zhai,Junxuan Zhao,Kuangda Lu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (18): 21941-21952 被引量:24
标识
DOI:10.1021/acsami.3c02361
摘要

Radiodynamic therapy (RDT), which produces 1O2 and other reactive oxygen species (ROS) in response to X-rays, can be used in conjunction with radiation therapy (RT) to drastically lower X-ray dosage and reduce radio resistance associated with conventional radiation treatment. However, radiation-radiodynamic therapy (RT-RDT) is still impotent in a hypoxic environment in solid tumors due to its oxygen-dependent nature. Chemodynamic therapy (CDT) can generate reactive oxygen species and O2 by decomposing H2O2 in hypoxic cells and thus potentiate RT-RDT to achieve synergy. Herein, we developed a multifunctional nanosystem, AuCu-Ce6-TPP (ACCT), for RT-RDT-CDT. Ce6 photosensitizers were conjugated to AuCu nanoparticles via Au-S bonds to realize radiodynamic sensitization. Cu can be oxidized by H2O2 and catalyze the degradation of H2O2 to generate OH through the Fenton-like reaction to realize CDT. Meanwhile, the degradation byproduct oxygen can alleviate hypoxia while Au can consume glutathione to increase the oxidative stress. We then attached mercaptoethyl-triphenylphosphonium (TPP-SH) to the nanosystem, targeting ACCT to mitochondria (colocalization Pearson coefficient 0.98) to directly disrupt mitochondrial membranes and more efficiently induce apoptosis. We confirmed that ACCT efficiently generates 1O2 and OH upon X-ray irradiation, resulting in strong anticancer efficacy in both normoxic and hypoxic 4T1 cells. The down-regulation of hypoxia-inducible factor 1α expression and reduction of intracellular H2O2 concentrations suggested that ACCT could significantly alleviate hypoxia in 4T1 cells. ACCT-enhanced RT-RDT-CDT can successfully shrink or remove tumors in radioresistant 4T1 tumor-bearing mice upon 4 Gy of X-ray irradiation. Our work thus presents a new strategy to treat radioresistant hypoxic tumors.
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