Biodegradable cascade nanocatalysts enable tumor-microenvironment remodeling for controllable CO release and targeted/synergistic cancer nanotherapy

肿瘤微环境 纳米材料基催化剂 癌症研究 材料科学 癌症 纳米技术 纳米颗粒 医学 肿瘤细胞 内科学
作者
Jianrong Wu,Zheying Meng,Agata A. Exner,Xiaojun Cai,Xue Xie,Bing Hu,Yu Chen,Yuanyi Zheng
出处
期刊:Biomaterials [Elsevier BV]
卷期号:276: 121001-121001 被引量:65
标识
DOI:10.1016/j.biomaterials.2021.121001
摘要

Gas therapy as an emerging therapeutic modality for cancer treatment is still facing critical challenges such as precise delivery and controllable release of therapeutic gas. Herein, we report a “tumor-microenvironment remodeling” strategy for in situ sustained release of CO gas and magnetic resonance imaging (MRI)-monitored targeted/synergistic cancer gas/starvation nanotherapy by engineering cascade biodegradable nanocatalyst. The nanocatalyst integrates the enzyme catalyst glucose oxidase (GOD) and H2O2-sensitive molecule manganese carbonyl (MnCO) entrapped biodegradable hollow mesoporous organosilica nanoparticles (HMONs). Especially, GOD is initially exploited as a gatekeeper, followed by surface engineering with arginine-glycine-aspartic acid (RGD) for specifically targeting αvβ3 integrin-overexpressed cancer cells. The GOD is dissociated under reduced pH to release the loaded MnCO, and sequentially produce gluconic acid and H2O2 to remodel the TME for facilitating the in situ generation of CO/Mn2+. As systematically demonstrated both at cellular level and in an animal tumor xenograft model, the engineered nanocatalyst achieves superior theranostics performance via combinatorial CO gas and starving-like nanotherapy. This work provides an effective strategy for augmenting CO-mediated antitumor efficacy by remodeling the tumor microenvironment.
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