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澳門大學陳美婉教授團隊 AM:GSH/pH雙激活的交聯氟化PEI介導內源性鐵“去劫持”效應和“原位ROS放大”用于增強抗腫瘤治療
2023-09-14  來源:高分子科技

  鐵死亡是一種調節性細胞死亡方式,通過鐵離子催化過氧化氫產生羥基自由基,攻擊線粒體膜上的不飽和脂肪酸,導致細胞死亡。然而,基于鐵死亡的相關治療策略在抗腫瘤治療中效率低下,這是由于內源性的鐵離子被大量“劫持”于鐵蛋白(即不穩定鐵庫)中且腫瘤細胞內過氧化氫濃度不足所導致的。盡管,通過遞送外源性鐵/鐵離子或誘導腫瘤細胞過氧化氫可以一定程度介導鐵死亡的產生,但這些策略往往毒副作用大且效率低下。因此,如何安全有效增加內源性鐵的利用并原位放大ROS促進細胞鐵死亡效率進而用于抗腫瘤治療具有重要意義。


  近日,澳門大學陳美婉教授團隊提出內源性鐵“去劫持”和“原位ROS放大”的協同策略可高效誘導腫瘤細胞鐵死亡顯著增強抗腫瘤治療。該團隊構建了靶向線粒體表達的KillerRed-超氧化物歧化酶重組蛋白(pMTS-KR-SOD)質粒及碳酸酐酶9敲低的CRISPR/Cas9質粒(pCas-CA IX),并將這些質粒裝載于GSH/pH雙激活的交聯氟化PEIFP)中(即FP@MC納米復合物)。研究人員發現,該響應性基因體系可在體內外高效轉染黑色素瘤細胞(B16-F10)。一方面,碳酸酐酶9的敲低導致胞內酸性增加,釋放“被劫持”的不穩定鐵庫從而增加游離鐵離子供應另一方面,在線粒體表達的MTS-KR-SOD蛋白可在光照下產生大量過氧化氫。兩者共同介導羥基自由基的升高,從而顯著增加腫瘤細胞的鐵死亡(圖1)。 


1GSH/pH雙激活FP體系遞送MTS-KR-SODCas-CA IX質粒增加腫瘤細胞的鐵死亡。


  構建的Cas-CA IX質粒轉染基因組后通過測序和T7EI酶切顯示出良好的基因編輯效果,顯著下調了細胞CA IX的表達。此外,研究人員通過共聚焦成像發現MTS-KR-SOD與線粒體高度共定位,而通過細胞凋亡染色和細胞增殖實驗可以觀察到B16-F10細胞在共轉染兩種質粒并光照后,誘導了顯著的細胞死亡。這些結果證明了該納米體系具有更好的體外抗腫瘤效果(圖2)。 


2. Cas-CA IXMTS-KR-SOD質粒表征驗證


  為了進一步探究該納米復合物體系誘導腫瘤細胞死亡的機制,研究人員使用過氧化氫探針ROSGreen和羥基自由基探針HPF對處理后的細胞進行染色以考察兩者的變化情況。結果顯示細胞轉染pMTS-KR-SOD并光照后過氧化氫含量較pMTS-KR明顯提升,而同時轉染pMTS-KR-SODpCas-CA IX后產生的羥基自由基明顯增多,說明了該策略成功地放大了ROS。另外,通過BODIPY探針也檢測出其誘導的脂質過氧化物的積累也明顯增高,進一步證明了上述結論(圖3)。 


3. FP@MC納米復合物通過內源性光動力誘導擴增ROS用于化學動力治療。


  基于上述實驗結果,研究人員進一步在荷瘤小鼠模型中評估了該納米體系的抗腫瘤效應。共轉pMTS-KR-SODpCas-CA IX質粒并光照后,腫瘤生長受到顯著抑制,同時小鼠體重保持穩定,血常規、血生化指標保持正常,體現出較好體內治療效果(圖4)。 


4. FP@MC納米粒轉染小鼠后B16-F10腫瘤的治療效果。


  該研究以“GSH/pH Dual Activatable Crosslinked and Fluorinated PEI for Cancer Gene Therapy through Endogenous Iron De-Hijacking and in situ ROS Amplification為題發表在在《Advanced Materials》上。該論文通訊作者為澳門大學中華醫藥研究院陳美婉教授,共同第一作者為博士生楊蘇瓃鑫和博士后吳義。該工作得到了澳門特別行政區科技發展基金FDCT (0096/2020/AMJ)和澳門大學MYRG研究基金(MYRG2022-00203-ICMS)的支持。


  原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202304098


陳美婉教授簡介

  陳美婉,澳門大學中華醫藥研究院教授,首屆港澳優青,青年岐黃學者,英國皇家化學會會士,2022年全球前2%頂尖科學家。主要致力于生物材料與納米醫學的研究,集中在中藥活性成分和基因的遞送系統。發表第一/通訊作者SCI論文共130篇,成果發表于Advanced MaterialsACS NanoNano Letters等國際權威期刊。所有論文引用超過10000次,H因子61。參與中英文學術著作的編寫6部和申請及獲得授權專利9項。榮獲第一///六屆澳門特別行政區自然科學獎/科技進步獎(2012/2014/2018/2022)。

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(責任編輯:xu)
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