Bioorthogonal Catalytic Microneedles Based on a Cytotoxic PEI Matrix for Synergistic Melanoma Therapy

生物正交化学 细胞毒性T细胞 材料科学 黑色素瘤 催化作用 组合化学 基质(化学分析) 细胞毒性 纳米技术 癌症治疗 化学 癌症研究 生物相容性材料
作者
Qian-He Xu,En-Kui Huang,Ya-Jun Chu,Xiaojun Yao,Pei Nian Liu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:18 (27): 37506-37517
标识
DOI:10.1021/acsami.6c05304
摘要

Microneedle (MN) patches have emerged as a highly efficient platform for localized drug delivery, showing great promise in cancer therapy due to their ability to enable precise drug administration. However, conventional MN systems are limited by the low drug-loading capacity of their tips and primarily rely on biologically inert, nontherapeutic matrices for structural support, which restricts further gains in antitumor efficacy. Herein, we present a strategy turning toxicity into therapy by constructing palladium nanoparticle-loaded poly(vinyl alcohol)/polyethylenimine (PVA/PEI@Pd) hydrogel microneedles (PPPd-MNs), which exploit the intrinsic cytotoxicity of PEI for synergistic melanoma therapy. The PPPd-MNs efficiently catalyze the deprotection of a doxorubicin prodrug (P-DOX), enabling in situ generation of active doxorubicin (DOX). Notably, the PEI matrix serves a dual function: acting as a robust ligand to stabilize Pd catalysts and functioning as a therapeutic agent that disrupts cancer cell membranes. Both in vitro and in vivo experiments demonstrate that the combination of Pd-mediated bioorthogonal activation of DOX and PEI-induced membrane damage achieves a remarkable synergistic therapeutic outcome in a murine melanoma model, resulting in a tumor inhibition rate of up to 98%. This work repurposes the inherent cytotoxicity of the carrier material as an active therapeutic component, offering a novel paradigm for the design of high-performance bioorthogonal catalytic systems.
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