A Multiple Stimuli-Responsive NanoCRISPR Overcomes Tumor Redox Heterogeneity to Augment Photodynamic Therapy

光动力疗法 清脆的 氧化还原 肿瘤缺氧 氧化应激 生物物理学 细胞生物学 化学 纳米技术 生物 材料科学 生物化学 有机化学 放射治疗 内科学 基因 医学
作者
Jin Ping Yang,Liping Bai,Meiling Shen,Xinyu Gou,Zhongzheng Xiang,Shuang Ma,Qinjie Wu,Changyang Gong
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (12): 11414-11426 被引量:37
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c00940
摘要

Redox heterogeneity of tumor cells has become one of the key factors leading to the failure of conventional photodynamic therapy (PDT). Exploration of a distinctive therapeutic strategy addressing heterogeneous predicaments is an appealing yet highly challenging task. Herein, a multiple stimuli-responsive nanoCRISPR (Must-nano) with spatial arrangement peculiarities in nanostructure and intracellular delivery is fabricated to overcome redox heterogeneity at both genetic and phenotypic levels for tumor-specific activatable PDT. Must-nano consists of a redox-sensitive core loading CRISPR/Cas9 targeting hypoxia-inducible factors-1α (HIF-1α) and a rationally designed multiple-responsive shell anchored by chlorin e6 (Ce6). Benefiting from the perfect coordination of structure and function, Must-nano avoids enzyme/photodegradation of the CRISPR/Cas9 system and exerts prolonged circulation, precise tumor recognition, and cascade-responsive performances to surmount tumor extra/intracellular barriers. After internalization into tumor cells, Must-nano could undergo hyaluronidase-triggered self-disassembly with charge reversal and rapid endosomal escape, followed by site-specific release and spatially asynchronous delivery of Ce6 and CRISPR/Cas9 under stimulations of redox signals, which not only improves tumor vulnerability to oxidative stress by complete HIF-1α disruption but also destroys the intrinsic antioxidant mechanism through glutathione depletion, thereby homogenizing redox-heterogeneous cells into oxidative stress-sensitive cell subsets. Under laser irradiation, Must-nano eventually exhibits optimal potency to amplify oxidative damage, effectively inhibiting the growth and hypoxia survival of redox-heterogeneous tumor in vitro and in vivo . Overall, our redox homogenization tactic significantly maximizes PDT efficacy and offers a promising strategy to overcome tumor redox heterogeneity in the development of antitumor therapies.
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