Таргетированные MoSe₂ наноточки в альбуминовых наносферах: биокомпатибильный дуальный агент для синергестической фототермической радиотерапии

Аннотация

Объединение фототермической и радиотерапевтической функций в единой, опухоли-специфической наноплатформе — растущая стратегия лечения рака. Мы спроектировали дуальный агент, собирая ультратонкие наномочевины молибден-селена (MoSe₂) на наносферах (НС) сывороточного альбумина грызуна (BSA) и конъюгируя фолиевую кислоту (ФК) через полиэтиленгликоль (ПЭГ) линкеры. Полученные ФК-MoSe₂@BSA НС демонстрируют надежное поглощение в ближнем ИК (БИК) и аттенуацию рентгена, обеспечивая эффективный фототермический нагрев и радиосенсибилизацию. In vitro и in vivo исследования показывают таргетированное накопление в опухоли, отличную биосовместимость и синергетическое снижение живучести опухоли при комбинированном БИК и рентгеновском облучении. Эти находки подчеркивают ФК-MoSe₂@BSA НС как перспективную многофункциональную платформу для клинической фототермической-радиотерапии (ФТ-РТ).

Введение

Рак груди остается ведущей причиной заболеваемости во всем мире, с высокими показателями метастазирования и рецидивов. Конвенциональные терапии — хирургия, химиотерапия и радиотерапия (РТ) — часто затрагивают здоровые ткани и страдают ограниченной эффективностью, особенно в гипоксичном микружении опухоли. Недавние достижения в фототермической терапии (ФТ) продемонстрировали минимальную инвазивность и высокую пространственную специфичность, однако ФТ в одиночку часто не удаляет глубокие или недоступные опухоли. Намечается, что БИК-индуцированная гипертермия может улучшать оксигенацию опухоли, делая раковые клетки более восприимчивыми к РТ. Следовательно, комбинированный ФТ-РТ подход предлагает убедительный маршрут к максимизации терапевтических результатов при минимизации бокового ущерба.

Двумерные дихалькогениды переходных металлов (TMD), включая MoS₂, WS₂ и ReS₂, появились как мощные БИК поглотители и радиосенсибизаторы благодаря своим уникальным электронным свойствам. Молибден-селен (MoSe₂) в частности показал сильную фототермическую конверсию и высокую рентгеновскую аттенуацию, делая его привлекательным кандидатом для дуальной терапии. Однако внутренняя нестабильность MoSe₂ наномочевин в физиологических условиях ограничивает их клиническую трансляцию. Инкапсуляция в белковые матрицы, такие как BSA, может стабилизировать эти наномочевины и придать биосовместимость, в то время как ФК конъюгация обеспечивает опухоли-таргетирующую способность через фолат-рецепторы, переэкспрессированные на многих раковых клетках.

Методы

Материалы

ФК-ПЭГ₅₀₀₀-NHS и CH₃-ПЭГ₅₀₀₀-NHS (Shanghai Ponsure Biotech) использовали для ФК прикрепления. Объемный MoSe₂ (Sigma-Aldrich), BSA (≥98 % чистоты) и стандартные реактивы для клеточной культуры (Corning) использовали повсеместно.

Подготовка ФК-MoSe₂@BSA НС

Объемный MoSe₂ (50 мг) диспергировали в 25 мл дистиллированной воды, соницировали (950 Вт, 25 кГц) в течение 12 ч (2 с вкл/3 с выкл) для получения ультратонких НД. Центрифугирование (6000 об/мин, 25 мин; затем 12 000 об/мин, 30 мин) собирало супернатант, содержащий MoSe₂ НД. Добавление 25 мг BSA и перемешивание 6 ч при 25 °C (pH 7,4) формировало коакцерваты, которые перекрестно-связывали 0,5 % глютаральдегидом (250 мкл). Диализ (1 день) удалял избыток перекрестного связывающего агента, производя MoSe₂@BSA НС. Для ФК конъюгации 8 мг ФК-ПЭГ₅₀₀₀-NHS смешивали с НС и перемешивали 2 ч; параллельная партия с CH₃-ПЭГ₅₀₀₀-NHS (8 мг) служила нетаргетированным контролем. Диализ завершал очистку, и UV-Vis спектроскопия квантовала загрузку ФК (280 нм), давая эффективность инкапсуляции 10,5 ± 0,11 %.

Характеризация

Трансмиссионная электронная микроскопия (ТЭМ) и сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) подтвердили ультрамалые ядра НД (~3,8 нм) и сферическую морфологию НС (~140 нм). Динамическое световое рассеяние (ДСР) показало стабильные гидродинамические размеры в воде, ФСБ и клеточной среде. UV-Vis спектры продемонстрировали сильное БИК поглощение для MoSe₂ НД и ФК-MoSe₂@BSA НС. Рентгеновская дифракция (XRD) выявила характерные (002) пики, указывающие на малослойные структуры MoSe₂. Фурье-преобразование инфракрасной (FTIR) спектроскопия подтвердила формирование амидных связей между ФК и BSA. Фототермическая стабильность оценивали за три лазерных цикла (808 нм, 1 Вт/см²), показывая потерю температурного подъема. Компьютерная томография (КТ) демонстрировала концентрационно-зависимые значения Хаунсфилда (HU), подтверждая рентгеновскую аттенуационную способность.

Клеточный захват и биосовместимость

ФИТЦ-маркировка и конфокальная микроскопия раскрыли усиленный захват ФК-конъюгированных НС в клетках 4T1 по сравнению с нетаргетированными НС; блокировка избытком свободной ФК снижала захват, подтверждая фолат-медированный эндоцитоз. Индуктивно связанная плазма-атомная эмиссионная спектроскопия (ИСП-АЭС) квантовала Mo содержимое, подтверждая конфокальные находки. Гемолитические тесты (0–400 мкг/мл) показывали <5 % гемолиза, и CCK-8 тесты живучести (0,01–0,4 мг/мл) указывали >90 % выживания клеток через 24 ч, демонстрируя низкую цитотоксичность.

In vitro фототермическая радиотерапия

Под 808 нм облучением (1 Вт/см², 5 мин) ФК-MoSe₂@BSA НС поднимали локальную температуру на ~41 °C (200 мкг/мл), в то время как ФСБ увеличивался только на ~1,5 °C. В комбинации с рентгеновскими дозами (0–5 Гй), ФК-конъюгированные НС значительно снижали живучесть 4T1, достигая 92,8 % гибели клеток при 5 Гй с 1 Вт/см² БИК, превосходя нетаргетированные НС или одиночные модальности.

In vivo биодистрибуция и фототермический эффект

Флуоресцентное и ИСП-АЭС картирование в бальб/с нюд мышах с 4T1 опухолями показало пиковое накопление ФК-MoSe₂@BSA НС в опухоли через 24 ч после инъекции (10 мг/кг). Полупериоды жизни в крови составляли 0,91 ч (распределение) и 16,96 ч (элиминация). БИК облучение (808 нм, 1 Вт/см², 5 мин) в 24 ч индуцировало ~22 °C подъем температуры опухоли, подтверждая in vivo фототермическую характеристику.

In vivo фототермическая радиотерапия

В шестигрупповом исследовании (ФСБ, БИК, РТ, MoSe₂@BSA + БИК + РТ, ФК-MoSe₂@BSA + БИК, ФК-MoSe₂@BSA + БИК + РТ), ФК-конъюгированная дуальная группа достигла наиболее выраженного подавления опухоли (≥80 % уменьшение объема) за 30 дней, без значительной потери веса или органной токсичности (H&E и полные анализы крови в норме).

Заключение

Мы успешно изготовили ФК-конъюгированные MoSe₂ наномочевины, инкапсулированные в BSA наносферах, достигнув стабильных, опухоли-таргетированных и биосовместимых дуальных агентов. Их сильное БИК поглощение и рентгеновская аттенуация позволяют синергестические фототермические и радиосенсибизирующие эффекты, дающие превосходное in vitro и in vivo аблирование опухоли с минимальной системной токсичностью. Эти многофункциональные наносферы представляют убедительную платформу для будущей клинической трансляции комбинированной фототермической-радиотерапии.

Аббревиатуры

BSA

Сывороточный альбумин грызуна

ФК

Фолиевая кислота

MoSe₂

Молибден-селен

НД

Наномочевины

БИК

Ближний инфракрасный

НС

Наносферы

ПЭГ

Полиэтиленгликоль

ФТ

Фототермическая терапия

РТ

Радиотерапия