Continuous Spatiotemporal Therapy of A Full-API Nanodrug via Multi-Step Tandem Endogenous Biosynthesis

化学 原卟啉IX 姜黄素 生物合成 生物化学 胆绿素 纳米医学 血红素 组合化学 纳米技术 光动力疗法 血红素加氧酶 材料科学 有机化学 纳米颗粒
作者
Fang Fang,Sa Wang,Yueyue Song,Meng Sun,Wen‐Cheng Chen,Dongxu Zhao,Jinfeng Zhang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:95
标识
DOI:10.1038/s41467-023-37315-0
摘要

Abstract Nanomedicine holds great promise to enhance cancer therapy. However, low active pharmaceutical ingredient (API) loading content, unpredictable drug release, and potential toxicity from excipients limit their translational capability. We herein report a full-API nanodrug composed of FDA-approved 5-aminolevulinic acid (ALA), human essential element Fe 3+ , and natural bioactive compound curcumin with an ideal API content and pH-responsive release profile for continuous spatiotemporal cancer therapy achieved by multi-step tandem endogenous biosynthesis. First, ALA enzymatically converts into photosensitizer protoporphyrin IX (PpIX). Afterward, multiple downstream products including carbon monoxide (CO), Fe 2+ , biliverdin (BV), and bilirubin (BR) are individually biosynthesized through the PpIX-heme-CO/Fe 2+ /BV-BR metabolic pathway, further cooperating with released Fe 3+ and curcumin, ultimately eliciting mitochondria damage, membrane disruption, and intracytoplasmic injury. This work not only provides a paradigm for exploiting diversified metabolites for tumor suppression, but also presents a safe and efficient full-API nanodrug, facilitating the practical translation of nanodrugs.
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