Hollow Calcium/Copper Bimetallic Amplifier for Cuproptosis/Paraptosis/Apoptosis Cancer Therapy via Cascade Reinforcement of Endoplasmic Reticulum Stress and Mitochondrial Dysfunction

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作者
Weijun Xu,Aili Suo,Abdalrheem Jarelnaby Musa Aldai,Yaping Wang,Jingjing Fan,Yuxiang Xia,Jiaxuan Xu,Zhexi Chen,Huichen Zhao,Mingzhen Zhang,Junmin Qian
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (43): 30053-30068 被引量:99
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c11455
摘要

The endoplasmic reticulum (ER) and mitochondria are essential organelles that play crucial roles in maintaining cellular homeostasis. The simultaneous induction of ER stress and mitochondrial dysfunction represents a promising yet challenging strategy for cancer treatment. Herein, a hollow calcium–copper bimetallic nanoplatform is developed as a cascade amplifier to reinforce ER stress and mitochondrial dysfunction for breast cancer treatment. For this purpose, we report a facile method for preparing hollow CaCO 3 (HCC) nanoparticles by regulating the dissolution–recrystallization process of amorphous CaCO 3, and the amplifier D@HCC-CuTH is meticulously fabricated by sequentially coating disulfiram-loaded HCC nanoparticles with a copper coordination polymer and hyaluronan. In tumor cells, the dithiocarbamate–copper complex generated in situ by liberated disulfiram and Cu 2+ inhibits the ubiquitin–proteasome system, causing irreversible ER stress and intracellular Ca 2+ redistribution. Meanwhile, the amplifier induces mitochondrial dysfunction via triggering a self-amplifying loop of mitochondrial Ca 2+ burst, and reactive oxygen species augment. Additionally, Cu 2+ induces dihydrolipoamide S-acetyltransferase oligomerization in mitochondria, further exacerbating mitochondrial damage via cuproptosis. Collectively, ER stress amplification and mitochondrial dysfunction synergistically induce a cuproptosis–paraptosis–apoptosis trimodal cell death pathway, which demonstrates significant efficacy in suppressing tumor growth. This study presents a paradigm for synchronously inducing subcellular organelle disorders to boost cancer multimodal therapy.
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