Disulfiram-loaded metal organic framework for precision cancer treatment via ultrasensitive tumor microenvironment-responsive copper chelation and radical generation

二硫仑 化学 肿瘤微环境 螯合作用 癌细胞 药物输送 癌症治疗 PEG比率 癌症 癌症研究 组合化学 生物化学 有机化学 肿瘤细胞 医学 财务 经济 内科学
作者
He Zhang,Qianyi Zhang,Ziyi Guo,Kang Liang,Cyrille Boyer,Jian Liu,Zhonghui Zheng,Rose Amal,Sung Lai Jimmy Yun,Zi Gu
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:615: 517-526 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2022.01.187
摘要

Off-target toxicity remains a major limitation of current cancer therapy, necessitating an alternative precision approach to treat cancers. Herein, a tumor microenvironment (TME)-triggered anticancer strategy was developed by constructing an anti-alcoholism drug disulfiram (DSF)-loaded, Cu-doped zeolite imidazolate frameworks-8 (DSF-Cu/ZIF-8) nanoparticle followed by PEGylation (PEG-DSF-Cu/ZIF-8) to realize in situ generation of cytotoxic compounds specifically in TME. The PEG-DSF-Cu/ZIF-8 demonstrated excellent hydrolytic stability in normal physiological conditions, guaranteeing the minimized off-target release of disulfiram and Cu ions. Under the TME condition, the PEG-DSF-Cu/ZIF-8 exhibited acidity-triggered biodegradation and the associated payload release, through which low-toxic compounds (disulfiram and Cu2+ ions) were converted to highly cytotoxic Cu-chelate product to kill cells specifically in TME. Tumor-sensitive anti-cancer performance was further enhanced by hydroxyl radical generation via TME-responsive Fenton-like reactions catalyzed by Cu+ presenting in the PEG-DSF-Cu/ZIF-8 structure and Cu+ produced during formation of the chelate product. Anti-cancer therapeutic evaluation was performed in 2D 4T1 tumor cell culture and 3D 4T1 tumor spheroids, and demonstrated highly TME-responsive, low-dose induced anti-cancer effect. This proof-of-concept work provides a nanoparticle-based drug repurposing strategy by developing a tumor-sensitive anti-cancer agent for low-toxic and efficacious cancer therapy.
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