【文献分享】| 浑水摸鱼:通过锌-钙双离子干扰增强磁-机械力介导的肿瘤抑制

文摘   2024-06-18 23:04   湖北  



肿瘤能够对环境变化做出适应性反应,并抵抗现有的治疗模式。中国科学院宁波材料技术与工程研究所吴爱国课题组提出将"浑水摸鱼"的战术博弈的概念应用于肿瘤治疗,使细胞状态由强变弱,进一步降低其对治疗策略的抵抗力,实现有效的肿瘤抑制。博士研究生姚俊列为本文第一作者。相关工作以“Fish in troubled water: Boosting magneto-mechanical force-mediated tumor suppression via zinc-calcium dual-ion interference”为题发表在《Nano Today》(IF = 17.4)上。






主要内容



该文将磁性的锌掺杂铁氧体和配合物Zn-姜黄素 (Zn-curcumin, Cur) 集成到一个智能纳米系统中,使其分别介导机械破碎和离子干扰。这使得肿瘤细胞因ZnII补充和经Cur调控诱导的ZnII-CaII双离子干扰而失去包括核酸分子表达、基于核孔复合物的核质转运和线粒体-核串扰等原有的功能平衡。与正常状态相比,处于这种弱化状态的肿瘤细胞无法忍受磁-机械力介导的损伤。该文完成了一种新颖的尝试,具有启发性和挑战性。



本文亮点



◾ 提出了一种"浑水摸鱼"的肿瘤治疗思路,并通过合成的纳米复合材料进行证明。
◾ 将ZnxFe3-xO4纳米颗粒与Zn-Cur配合物复合,成功合成了ZnFeO@Zn-Cur纳米复合材料。
◾ 通过设计ZnFeO@Zn-Cur纳米复合物介导的Zn-Ca双离子干扰使细胞功能失衡。

◾ 在存在Zn-Ca双离子干扰的情况下进行了改进的磁-机械力介导的肿瘤抑制。



图文导读




用于Zn-Ca双离子干涉的ZnFeO@Zn-Cur NPs的制备及其增强磁-机械力介导的肿瘤抑制示意图 


(a)ZnxFe3-xO4 NPs的XRD图谱和(b)Zn掺杂率(c)DLS曲线(d)TEM图像(e)最大磁化率(f-h)ZnxFe3-xO4 NPs的高分辨率TEM图像和(i)元素映射图像(j,k)ZnFeO@Zn-Cur NPs的高分辨率TEM图像和(l)元素映射图像(m)ZnxFe3-xO4 NPs和ZnFeO@Zn-Cur NPs的XRD图谱和(n)FTIR光谱


(a)ZnFeO@Zn-Cur NPs的紫外-可见-近红外吸收光谱(b)ZnFeO@Zn-Cur NPs在pH 5.5条件下铁和锌的释放情况(c)与ZnxFe3-xO4 NPs共孵育的MCF-7细胞的细胞活力(d)与ZnFeO@Zn-Cur NPs共孵育的MCF-7细胞的细胞活力(e)用流式细胞术进行与ZnxFe3-xO4 NPs、ZnFeO@Zn-Cur NPs共孵育的MCF-7细胞的细胞凋亡和坏死分析(f,g)与ZnxFe3-xO4 NPs、ZnFeO@Zn-Cur NPs共孵育的MCF-7细胞的细胞内CaII水平分析和(h,i)ZnII水平分析

数据以平均值±标准差(n=5)表示.


(a)与ZnFeO@Zn-Cur NPs共孵育的MCF-7细胞的吖啶橙染色(b)γ-H2AX的免疫荧光染色(c)NUP153的免疫荧光染色(d)NUP98的免疫荧光染色(e)NUP50的免疫荧光染色(f)与ZnFeO@Zn-Cur NPs共孵育的MCF-7细胞的MMP染色和(g)MPTP染色(h)与ZnxFe3-xO4 and ZnFeO@Zn-Cur NPs共同孵育的MCF-7细胞的膜液染色和(i)细胞内pH分析


(a)用磁场处理的MCF-7细胞的结晶紫染色(b)划痕实验的显微镜图像(c)用于细胞凋亡和坏死分析的流式细胞术(d)用磁场处理的MCF-7的细胞活力(e)皮下荷瘤小鼠模型中的肿瘤重量(f)肿瘤图像(g)肿瘤体积曲线和(h)小鼠体重曲线(i)主要器官的H&E染色(j)肿瘤组织的H&E染色和(k)TUNEL染色

数据以平均值±标准差(n = 5)表示.




结论



该文通过将ZnxFe3-xO4纳米颗粒和Zn-Cur配合物巧妙地结合在一起,制备了作为双离子干扰的“浑水”剂和物理损伤的磁-机械力来源的智能ZnFeO@Zn-Cur纳米颗粒。在ZnII和CaII干扰存在的情况下,肿瘤细胞的包括核酸分子表达、基于核孔复合物的核质运输和线粒体-核串扰等功能稳态被破坏,从而使肿瘤细胞处于弱化状态,削弱了细胞对来自磁-机械力介导的伤害的耐受性。该文弥合了离子干扰和物理损伤之间的鸿沟,有望启发设计和开发用于离子干扰和磁-机械力诱导的纳米药物,以及由外源性场(例如光、声、电等)触发的其他治疗策略。此外,该文作为将“浑水摸鱼”的博弈概念应用于肿瘤根除的一个例子,有可能启发一种新的抗肿瘤范式。同时,该概念可以扩展到抗菌、抗炎和抗病毒作用,实施战术博弈策略,以实现耐药性和治疗效果之间的平衡。


END


力学生物学与再生医学实验室
实验室创建于2009年,以“勤奋踏实、求真务实、学会感恩、实现梦想”为科学研究和人才培养理念,致力于考察力-化学微环境对韧带、周围神经和骨等组织修复以及乳腺肿瘤细胞粘附和转移的作用及其力学生物学机制。
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