CoFe2O4-квантовые точки для синергетической фототермической / фотодинамической терапии немелкоклеточного рака легкого путем запуска апоптоза путем регулирования пути PI3K / AKT

Аннотация

Немелкоклеточный рак легкого (НМРЛ) стал вторым наиболее диагностируемым злокачественным новообразованием в мире. В качестве наших долгосрочных интересов в поиске наноматериалов для разработки стратегий лечения рака, мы здесь создали новый CoFe ₂ О ₄ -квантовые точки (КТ) с выдающимися синергетическими фототермическими / фотодинамическими свойствами, которые эффективно подавляли НМРЛ без явной токсичности. Мы показали, что комбинация CoFe ₂ О ₄ Обработка -QDs + NIR вызывает апоптоз клеток NSCLC. Кроме того, CoFe ₂ О ₄ Обработка -QDs + NIR также способствует генерации активных форм кислорода, вызывающих гибель клеток посредством регулирования пути PI3K / AKT. Кроме того, CoFe ₂ О ₄ Обработка -QDs + NIR успешно устраняет ксенотрансплантаты опухоли in vivo без явных токсических эффектов. В совокупности мы сообщили, что новые наноматериалы CoFe ₂ О ₄ -QD могут демонстрировать усиленный синергетический эффект фототермической и фотодинамической терапии в отношении уничтожения НМРЛ без токсичности, что может быть многообещающим фотосенсибилизатором для терапии НМРЛ.

Введение

Рак является ведущей причиной смерти и несет огромное бремя для семьи и общества, среди которых рак легких занимает второе место среди наиболее диагностируемых онкологических заболеваний и первое место среди связанных с раком смертей в 2020 году [1, 2]. Как сообщается, немелкоклеточный рак легкого (НМРЛ), на который приходится около 85% всех случаев рака легкого, характеризуется высокой заболеваемостью и смертностью [3, 4]. В последнее время, несмотря на возможность хирургического вмешательства, большие усилия были предприняты для разработки химиотерапевтических или иммунотерапевтических методов лечения НМРЛ. Например, доказана эффективность мутантных ингибиторов EGFR и ингибиторов KRAS, и все еще разрабатываются новые ингибиторы ALK [5,6,7,8,9]. Анти-PDL1 и анти-CLTA4, такие ингибиторы иммунных контрольных точек, также обладают многообещающей эффективностью и увеличивают выживаемость [10,11,12]. Однако скорость реакции на эти препараты различается от пациента к пациенту, и нельзя игнорировать побочные эффекты, особенно лекарственную устойчивость [13, 14]. Следовательно, разработка новых терапевтических стратегий, которые являются менее инвазивными, является неотложной, а также необходимостью для исследований и клинического лечения НМРЛ.

Основываясь на недавнем прогрессе, использование наноматериалов для проведения фототермической терапии (ФТТ) и фотодинамической терапии (ФДТ) вызвало огромное внимание и достигло большого развития в качестве противораковой стратегии и может быть альтернативным вариантом клинического лечения [15,16,17, 18]. ЧТВ и ФДТ на основе наноматериалов характеризуются меньшей инвазией и низкой токсичностью, что с небольшими шансами вызвать лекарственную устойчивость [19,20,21,22,23]. Благодаря взаимодействию света, в основном NIR, локализованные наноматериалы могут повышать температуру внутри опухоли и преобразовывать кислород в цитотоксические реактивные формы кислорода (ROS), которые вызывают гибель клеток для устранения опухолей [24]. В этом контексте наноматериал играет здесь ключевую роль, влияя на эффективность и гарантируя безопасность. Хотя такие наноматериалы включают металлические наноструктуры [25], материалы на основе углерода [26, 27], полимерные наночастицы (PNP) [28] или полупроводниковые соединения [29], у них есть свои ограничения. Например, материалы на основе углерода дороги и обладают неудовлетворительными суспензионными свойствами, что ограничивает их широкое применение и клинические возможности. Следовательно, следует предпринять больше попыток для создания более подходящих наноматериалов для дальнейшего использования.

В последние годы квантовые точки (КТ) как новые наноматериалы получили большую популярность в биомедицинских приложениях из-за их хорошей биосовместимости, растворимости и, что наиболее важно, их превосходной фотостабильности и легкой функционализации поверхности [30,31,32, 33]. Используя преимущества этих свойств, в нескольких отчетах использовались квантовые точки в качестве новых реагентов для ФДТ, и они могут быть разработаны для использования с другими биомолекулами для повышения эффективности ФДТ при лечении рака. Например, Менг и его коллеги сообщили о многофункциональном GQD @ MnO ₂ индуцированного двухфотоковым возбуждением для повышения эффективности ФДТ [34]. Кроме того, Куо и его коллеги создали КТ с добавками азота, функционализировав их молекулами аминогруппы, что также повысило эффективность ФДТ [35]. Вдохновленные этими интересными открытиями, мы стремились разработать новые квантовые точки в сочетании с наноматериалом на основе неблагородных металлов, которые могут обеспечить синергетические эффекты PTT и PDT в одной наносистеме. Например, наноматериал на основе Co - хорошо изученный наноматериал на основе неблагородных металлов, который, как известно, используется в качестве агентов PTT для терапии опухолей или визуализации [36]. Поэтому мы предположили, что создание квантовых точек на основе кобальта может улучшить синергетический эффект PTT / PDT.

В этом исследовании мы синтезировали новые наноматериалы CoFe ₂ О ₄ -QD, которые демонстрируют усиленные синергетические эффекты PTT и PDT в отношении уничтожения NSCLC без токсических эффектов in vitro и in vivo, которые могут быть многообещающим фотосенсибилизатором для терапии NSCLC.

Материалы и методы

Синтез CoFe ₂ О ₄ -QDs

CoFe ₂ О ₄ -QD синтезированы гидротермальным методом. Обычно 0,238 г CoCl ₂ · 6H ₂ O и 0,808 г Fe (NO ₃ ) ₃ · 9H ₂ O растворяли в 10 мл H ₂. О и 10 мл смеси пропиленгликоля, растворителя, а затем перемешивали в течение 10 мин. Затем в раствор по каплям добавляли 4 мл дитраноламина с последующим перемешиванием в течение 30 мин. Затем полученную суспензию переносили в автоклав из нержавеющей стали на 50 мл, футерованный тефлоном. Автоклав выдерживали при 160 ° C в течение 3 часов в печи. CoFe ₂ О ₄ -QD собирали центрифугированием при 8500 об / мин в течение 10 мин, а затем последовательно промывали деионизированной водой и этанолом. Реагенты и материалы, использованные в этом исследовании, можно найти в таблице 1.

Характеристика CoFe ₂ О ₄ -QDs

Морфология и размер приготовленного CoFe ₂ О ₄ -QD определяли с помощью TEM и EDS системы. Кристаллическую структуру анализировали на рентгеновском дифрактометре (Bruker, Германия), оборудованном излучением Cu Ka ( k =0,15406 нм). Спектр поглощения CoFe ₂ О ₄ -QD детектировали спектрофотометром SHIMADZU UV-2600. Состояния валентности элемента CoFe ₂ О ₄ -QD определяли с помощью измерений рентгеновской фотоэмиссионной спектроскопии (XPS, VG ESCALAB 220I-XL, США). Тепловизионное изображение было записано с помощью ИК-тепловизора (FLIR E50, США).

Культура клеток

Клеточная линия NSCLC NCI-H460 (H460) и A549 и эндотелиальные клетки пупочной вены человека (HUVEC) были получены из АТСС и протестированы на микроплазменный отрицательный результат. Клетки H460 и A549 культивировали в RPMI-1640 с добавлением 10% фетальной бычьей сыворотки (FBS) и 1% пенициллина-стрептомицина (Gibco). HUVEC культивировали в среде для роста эндотелиальных клеток (Sigma, # 211-500). Все клетки содержались в темноте, инкубаторе с влажностью 37 ℃ и 5% CO ₂. .

Обнаружение цитотоксичности

Различные рабочие концентрации (0,1, 0,5, 1,0, 2,0 мг / мл) CoFe ₂ О ₄ -QD добавляли и культивировали с HUVEC в течение 24 часов. После инкубации культуральную среду меняли и в каждую лунку добавляли регент CCK-8 с последующей инкубацией в течение 1 часа. Затем планшеты измеряли при 450 нм с помощью Multimode Plate Reader EnSpire ™. Коэффициент жизнеспособности клеток был принят за 100% в контрольных HUVEC.

Анализ апоптоза

Ячейки H460 и A549 (2 × 10 ⁵ ) культивировали в 6-луночных планшетах в течение ночи перед обработкой 1,0 мг / мл CoFe ₂ О ₄ -QD в сочетании с NIR-лазером 808 нм в течение 5 мин. Затем клетки промывали и окрашивали набором для апоптоза Annexin-V / PI (BD; # 556547) в соответствии с инструкциями производителя. Что касается анализа апоптоза HUVEC, HUVEC инкубировали с различной концентрацией CoFe ₂ О ₄ -QDs. Коэффициент апоптоза определяли, как описано выше.

Обнаружение мобильных ROS

Клетки H460 и A549 культивировали в 6-луночных планшетах в течение ночи. Клетки инкубировали с 1,0 мг / мл или без него в течение 1 ч и обрабатывали NIR-лазером с длиной волны 808 нм в течение 5 мин. После обработок добавляли DCFH-DA и инкубировали в течение 30 мин с последующим детектированием FACS с возбуждением / испусканием при 485 нм / 535 нм. Что касается анализа ингибирования ROS, ингибитор ROS NAC (Sigma; A7250) был добавлен в соответствии с инструкциями производителя. Для дальнейшей количественной оценки данных использовалась программа Flow-jo.

Вестерн-блот-анализ

Клетки H460 и A549 обрабатывали как тест на апоптоз, и весь клеточный белок экстрагировали с использованием буфера для лизиса RIPA. Детекцию вестерн-блоттингом проводили, как описано ранее [37]. Антитела, использованные в этом исследовании, были перечислены ниже:кроличьи поликлональные анти-Bcl-2 (abcam; ab59348), кроличьи моноклональные анти-Bax (abcam; ab32503), кроличьи поликлональные анти- P -PI3K (Bio-Vision; 3152-100), кроличьи моноклональные анти- P -AKT-S473 (CST; 4060S), кроличьи моноклональные анти-β-актин (CST; 4970S), антитела против IgG кролика, связанные с HRP (CST; 7074S). Количественный анализ проводился с использованием программного обеспечения Image-J.

Исследование in vivo анти-NSCLC эффекта комбинации CoFe ₂ О ₄ и лечение NIR

Для определения способности CoFe убивать опухоли ₂ О ₄ -QDs, клетки H460 были подкожно имплантированы с 50% MatriGel мышам NSG ( N =8 в каждой группе). 4-6-недельных самцов мышей M-NSG были получены от Shanghai Model Organisms (# NM-NSG-001) для всех экспериментов in vivo. Когда опухоль была визуализирована и объем достиг почти 5 мм × 5 мм, всех мышей случайным образом разделили на четыре группы, названные Контрольными, только NIR, CoFe ₂ О ₄ -QDs only и CoFe ₂ О ₄ -QDs + NIR группа соответственно. Затем мыши в CoFe ₂ О ₄ -QDs only и CoFe ₂ О ₄ Группе -QDs + NIR внутриопухолево вводили 50 мкл CoFe ₂ О ₄ (5,0 мг / кг) на основании нашей предыдущей работы [37], в то время как контрольной и ближней ИК-группе вводили 50 мкл PBS. После инъекции лазер NIR 808 нм (1 Вт / см ² ) был выполнен в NIR и CoFe ₂ О ₄ -QDs + NIR группа в течение 10 мин, за которой наблюдали с помощью инфракрасного тепловизионного оборудования. Объем опухоли регистрировали каждый день и рассчитывали по формуле V =Длина × ширина ² / 2. Когда диаметр ксенотрансплантатов опухолей у оставшихся мышей достигал почти 15 мм, мышей умерщвляли, ксенотрансплантаты опухолей фотографировали и хранили для дальнейшего обнаружения. Все эксперименты на животных и протоколы были одобрены Комитетом по уходу и использованию животных (IACUC) и Комитетом по защите животных больницы Шэньчжэня Пекинского университета.

Анализ окрашивания H&E и иммуногистопатологии

Для патологической оценки использовались ксенотрансплантаты опухоли ( N =3) собирали через день после обработки в каждой группе и затем фиксировали в 10% забуференном формалине после заливки в парафин для окрашивания H&E и определения IHC. Для оценки токсичности in vivo почки, печень, легкие, сердце и селезенка мышей извлекали и фиксировали для патологической оценки. Для окрашивания ИГХ использовали антитело против Ki67 (Abcam; ab15580). Количественная оценка положительной области IHC была проведена с помощью программного обеспечения Fiji.

Статистический анализ

Для всех экспериментов « N ”Представляет количество повторений или количество использованных мышей, как указано в легенде к рисунку. Студенческий t -тест или однофакторный дисперсионный анализ ANOVA использовался для статистических сравнений. P <0,05 считается статистически значимым, а «нс» - незначимым. P <0,05, P <0,01 и P <0,001 обозначаются звездочками «*», «**» и «***» соответственно. Данные были проанализированы с помощью GraphPad Prism 5.

Результаты

Характеристики нового CoFe ₂ О ₄ -QDs

Во-первых, мы сконструировали CoFe ₂ О ₄ -QD с использованием гидротермального подхода, который не требует больших затрат и прост в выполнении. ПЭМ изображение CoFe ₂ О ₄ -QD показаны на рис. 1a, представляя однородный и стабильный узор с диаметром около 3,4 нм (рис. 1b). Готовый CoFe ₂ О ₄ -QD имели темно-коричневый цвет (рис. 1b) и отлично растворились в воде. Кроме того, на ПЭМ-изображении высокого разрешения (рис. 1c) показано, что шаг решетки (222) составляет около 0,242 нм, что согласуется с параметрами кристалла CoFe ₂ О ₄ -QDs [38, 39]. Кроме того, спектр элементов (рис. 1d) дополнительно подтвердил элементную составляющую CoFe ₂ О ₄ -QD - это Co и Fe, а атомное соотношение Co и Fe составляло примерно 1:2. Эти данные показали успешное построение CoFe ₂ О ₄ -QD для наших дальнейших исследований.

Обнаружение физических свойств CoFe ₂ О ₄ -QDs

Для определения физических свойств приготовленного CoFe ₂ О ₄ -QDs, мы выполнили несколько детекций после постройки. В тесте на определение поглощения в ближнем ИК-диапазоне CoFe ₂ О ₄ -QD показали правильное фототермическое преобразование в зависимости от концентрации и приращения температуры (Δ T ) можно регулировать от 0,3 до 18,9 ° C (рис. 2а). Кроме того, при концентрации 1,0 мг / мл CoFe ₂ О ₄ -QD за счет увеличения мощности БИК-излучения с 0,5 до 2,0 Вт / см ² , ΔT можно было изменять от 0,8 до 24,3 ° C (рис. 2б). Эти данные позволяют предположить, что эффективность фототермического преобразования CoFe ₂ О ₄ -QDs зависел от его концентрации и мощности облучения. Кроме того, стабильность CoFe ₂ О ₄ Фототермическое преобразование, инициированное -QD, было определено с периодом облучения (рис. 2c). Хотя расчетная эффективность преобразования света в тепло составила 7,18% (рис. 2d), этого достаточно для усиления эффекта ФДТ CoFe ₂ О ₄ -QDs. Более того, самая длинная длина волны CoFe ₂ О ₄ -QD могут поглощать свет около 808 нм (рис. 2e, f). Взятые вместе, эти данные позволяют предположить, что CoFe ₂ О ₄ -QD могут быть разработаны в качестве многообещающего синергетического агента PTT / PDT для альтернативной терапии, убивающей опухоль.

Оценка цитотоксичности CoFe ₂ О ₄ -QD к нормальным клеткам

Поскольку наночастицы широко используются в качестве средств доставки лекарств или внутри среды для лечения опухолей, цитотоксичность CoFe ₂ О ₄ -QD по отношению к нормальным клеткам, особенно эпителиальным клеткам сосудов человека, должны быть подтверждены для дальнейшего использования. Поэтому, исходя из предыдущих результатов, мы протестировали различные концентрации (0,1, 0,5, 1,0 и 2,0 мг / мл) CoFe ₂ О ₄ -QDs. После совместного культивирования с HUVEC (линия нормальных эпителиальных клеток человека) добавляли реагент CCK-8 для определения жизнеспособности клеток. Очевидной цитотоксичности по сравнению с контрольной группой не наблюдалось (рис. 3а). В этом контексте был проведен дальнейший анализ апоптоза для достижения согласованных результатов в тех же условиях (рис. 3b). Количественная оценка скорости апоптоза не показала значимой разницы по сравнению с контрольной группой (рис. 3c). Эти данные показали, что CoFe ₂ О ₄ -QD не оказывали явного токсического действия на нормальные клетки, что указывает на то, что CoFe ₂ О ₄ -QD потенциально могут использоваться в качестве промежуточного звена для доставки лекарств.

Комбинация NIR и CoFe ₂ О ₄ -QDs вызывает апоптоз NSCLC

Чтобы определить потенциальную способность CoFe ₂ убить рак НМРЛ О ₄ -QDs, облучение лазером NIR (808 нм) проводили в сочетании с инкубацией CoFe ₂ О ₄ -QD in vitro. Затем был проведен анализ апоптоза после обработки, клетки H460 и A549 показали агрессивную скорость апоптоза с комбинацией CoFe ₂ О ₄ -КТ и БИК-лазер (рис. 4а, б). Количественная оценка показала значительную разницу по сравнению с контрольной группой, тогда как CoFe ₂ О ₄ Группы только -QD или только NIR не показали разницы, что указывает на то, что CoFe ₂ О ₄ -QD плюс NIR могут вызывать эффект против NSCLC (рис. 4a, b). Хорошо известно, что изменение уровня белка Bcl-2 / Bax важно для определения того, будут ли клетки подвергаться апоптозу [40]. В соответствии с этой идеей, уровень белка Bcl-2 и Bax был определен как в клетках H460, так и в клетках A549 после обработки (рис. 4c, d). Соответственно, данные также показали, что соотношение Bcl-2 / Bax уменьшилось, что считалось маркером митохондриально-опосредованного апоптоза. Таким образом, мы представили, что CoFe ₂ О ₄ -QD плюс NIR вызывает эффект против NSCLC за счет активации митохондриально-опосредованного пути апоптоза.

Комбинация CoFe ₂ О ₄ -QD и NIR индуцируют генерацию ROS через путь PI3K / AKT

Дисфункция митохондрий всегда приводит к повышенному уровню генерации АФК, что вызывает гибель клеток при НМРЛ. В этом контексте мы выполнили обнаружение ROS после CoFe ₂ О ₄ -QD плюс обработка NIR в клетках H460 и A549. Результаты показали, что сильное высвобождение АФК в комбинированной группе, что указывает на усиление эффекта ФДТ, может быть вызвано CoFe ₂ О ₄ -QD даже с низкой эффективностью фототермической передачи (дополнительный файл 1:Рис. S1A, B). Кроме того, уровень связанного белка сигнального пути PI3K / AKT также был снижен, что свидетельствует о том, что изменение ROS регулируется путем PI3K / AKT, что приводит к изменению уровня экспрессии белка Bcl-2 / Bax (рис. 4c, d, Дополнительный файл 1:Рис. S1C, D). Чтобы подтвердить эту идею, был добавлен ингибитор АФК NAC, чтобы обратить явление вспять (рис. 5a, b). Затем было определено, что экспрессия PI3K / AKT восстанавливается после обработки NAC, что дополнительно подтвердило, что высвобождение ROS после CoFe ₂ О ₄ Обработка -QD плюс NIR регулировалась путем PI3K / AKT (фиг. 5c, d). Эти результаты убедительно подтверждают идею о том, что комбинация CoFe ₂ О ₄ -QD и NIR могут приводить к синергическому эффекту PTT и PDT в уничтожении клеток NSCLC, вызывая апоптоз, зависимый от дисфункции митохондрий (ROS).

Оценка комбинации CoFe ₂ против НМРЛ in vivo О ₄ -QD и NIR

Основываясь на результатах in vitro, мы затем исследовали анти-НМРЛ эффект CoFe ₂ О ₄ Комбинированное лечение -QD и NIR на модели мышей с опухолью НМРЛ. Мышам M-NSG подкожно имплантировали клетки H460. После внутриопухолевого введения CoFe ₂ О ₄ -QD, облучение лазером в ближнем инфракрасном диапазоне вызывало быстрое повышение температуры примерно до 56 ° C под контролем оборудования для теплового обнаружения (рис. 6a, b). Более того, гистопатологическое окрашивание показало обширную зону некроза, наблюдаемую в комбинированной группе, что указывает на то, что CoFe ₂ О ₄ Обработка -QD плюс NIR вызывала гибель опухолевых клеток в результате элиминации опухоли (фиг. 6c, d). Дальнейшее окрашивание ИГХ также показало, что Ki-67-положительная область была агрессивно сокращена по сравнению с другими группами после комбинированной обработки, что указывает на то, что обработанные ксенотрансплантаты опухоли больше не могли пролиферировать (дополнительный файл 2:фиг. S2A, B). Затем мы наблюдали в течение 12 дней после CoFe ₂ О ₄ -QD и NIR лечение. Как мы и ожидали, размер и вес опухолевых ксенотрансплантатов в других группах заметно увеличиваются, но не в CoFe ₂ О ₄ -QD и группа лечения NIR (рис. 6e, f), подтверждающие идею о том, что CoFe ₂ О ₄ Комбинированное лечение -QD и NIR могло полностью устранить ксенотрансплантаты опухоли in vivo. Что касается цитотоксического действия CoFe ₂ О ₄ -QD, по крайней мере, в период нашего наблюдения, не было обнаружено явных побочных эффектов по результатам гистопатологического анализа в важных органах мышей (дополнительный файл 2:рис. S2C). Приведенные выше данные убедительно доказывают, что CoFe ₂ О ₄ -QD могут быть разработаны как новый реагент PTT / PDT для лечения NSCLC.

Обсуждение

В последние годы исследования по разработке стратегий борьбы с НМРЛ достигли огромных успехов. И прецизионная медицина, нацеленная на специфический мутантный онкоген-зависимый НМРЛ, и методы лечения блокады иммунных контрольных точек открывают многообещающее будущее в клиническом лечении [41, 42]. Однако, учитывая сложность и гетерогенность микроокружения опухоли и лежащий в основе риск потери опухолевого антигена, остается узким местом снижение уровня лекарственной устойчивости после иммунного уклончивого статуса, что приводит к рецидиву опухоли за короткое время. Поэтому поиск новых методов лечения или промежуточных средств лечения НМРЛ является безотлагательным. Среди новых подходов наноматериалы были высоко оценены и внесены в список эффективных агентов, убивающих рак. Используя преимущества своего небольшого размера, хорошей биосовместимости и способности к теплопередаче, некоторые наноматериалы обладают превосходной способностью убивать рак [43].

В нашем исследовании мы разработали новый CoFe ₂ О ₄ -QD, которые могут применяться в качестве промежуточного средства для лечения НМРЛ посредством индукции апоптоза опухолевых клеток с синергическим эффектом PTT и PDT. Как и другие наноматериалы, CoFe ₂ О ₄ -QD продемонстрировали отличную биосовместимость в наших исследованиях, которые не показали очевидной токсичности по отношению к нормальным клеткам и основным органам. Хотя мы обнаружили, что скорость передачи тепла не такая высокая, как у других наноматериалов, для CoFe ₂ этого достаточно. О ₄ -QD для индукции апоптоза раковых клеток под действием NIR-лазера. CoFe ₂ О ₄ -QD показывает хорошую линейную связь со светопоглощением в этом исследовании и потенциально генерирует ROS с комбинацией NIR-лазера, что дополнительно доказывает, что CoFe ₂ О ₄ -QD могут действовать как улучшенные фотосенсибилизаторы. Затем мы можем дополнительно оптимизировать структуру или добавить термочувствительные элементы в CoFe ₂ О ₄ -QD, которые могут достигать более высокой скорости передачи тепла для лучшего синергетического эффекта PTT и PDT [44, 45]. Более того, нанесение химических препаратов или антител на поверхность CoFe ₂ О ₄ -QD также возможен, что может обеспечить более высокую эффективность уничтожения. Например, подход связывания антител против PDL1 или CTLA4 с CoFe ₂ О ₄ -QD могут быть многообещающей комбинированной терапией для разрушения иммуносупрессивной микросреды в опухолях, что является нашим следующим интересом, чтобы в полной мере использовать CoFe ₂ О ₄ -QDs.

Кроме того, механизм CoFe ₂ О ₄ -QD в уничтожении NSCLC также было выяснено в этом исследовании. Мы подтвердили, что CoFe ₂ О ₄ -QD индуцировали апоптоз NSCLC в основном за счет секреции ROS после того, как NIR-лазер активировал синергические эффекты PDT и PTT. Избыточное образование АФК вызывает окислительный стресс опухолевых клеток и непосредственно вызывает повреждение ДНК, что, в свою очередь, активирует нижестоящие сигнальные пути, а затем вызывает гибель опухолевых клеток [46, 47]. Среди них все больше доказательств показывает, что путь PI3K / AKT может регулироваться клеточными ROS и приводит к дисфункции митохондрий [48, 49]. Хорошо известно, что при активации AKT фосфорилируется PI3K и, следовательно, инактивирует проапоптотический белок Bax и защищает клетки от апоптоза. Кроме того, фосфорилированный AKT также способен стабилизировать комплекс MDM2 / p53, который регулирует выживаемость клеток [50]. В этом контексте роль такого пути в CoFe ₂ О ₄ -QDs индуцированная секреция АФК была исследована. Как и ожидалось, мы обнаружили, что чрезмерное количество ROS, вызванное CoFe ₂ О ₄ -QD значительно подавляют экспрессию путей PI3K / AKT и, следовательно, вызывают апоптоз опухолевых клеток посредством активации Bax, но инактивации белка Bcl-2. Это открытие было дополнительно подтверждено добавлением ингибитора АФК, который обращал вспять экспрессию PI3K / AKT и уменьшал продукцию АФК. Поскольку известно, что путь PI3K / AKT регулирует выживание и гибель клеток, особенно в раковых клетках, понимание таких механизмов CoFe ₂ О ₄ -QD в убийстве НМРЛ поможет нам разработать больше вариантов комбинированной терапии.

Таким образом, для разработки новых фотосенсибилизаторов для альтернативной терапии, убивающей опухоли, мы успешно сконструировали CoFe ₂ О ₄ -QD с использованием гидротермального подхода недорогим и простым способом в этом исследовании. CoFe ₂ О ₄ -QD обладают широким спектром поглощения в ближнем ИК-диапазоне, хорошей биосовместимостью и способностью к фототермическому преобразованию. Кроме того, по сравнению с ранее сообщенными КТ CoFe ₂ О ₄ -QD проявляют синергетический эффект PTT / PDT в уничтожении опухолей NSCLC, что представляет собой многообещающий многофункциональный агент для дальнейшей фототерапии NSCLC. Более того, при облучении БИК CoFe ₂ О ₄ -QD могут убивать NSCLC, главным образом, за счет индукции генерации ROS посредством регуляции экспрессии Bcl-2 / Bax через вышестоящий сигнальный путь PI3K / AKT. Что касается способности уничтожать опухоли in vivo, CoFe ₂ О ₄ -QD в сочетании с NIR могут полностью устранить ксенотрансплантаты опухоли NSCLC без очевидных токсических эффектов. Эти данные доказывают, что CoFe ₂ О ₄ -QDs владеет многообещающими приложениями, которые будут разработаны в качестве нового реагента для уничтожения НМРЛ.

Заключение

В общем, CoFe ₂ О ₄ -QD, которые мы синтезировали, могут демонстрировать превосходные синергетические эффекты PTT / PDT в подавлении NSCLC за счет индукции генерации ROS посредством регулирования пути PI3K / AKT, что проливает свет на исследования механизмов и применение новых фотосенсибилизаторов.