Radiodynamic therapy with CsI(na)@MgO nanoparticles and 5-aminolevulinic acid.
Radiodynamic therapy with CsI(na)@MgO nanoparticles and 5-aminolevulinic acid.
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DOI：
10.1186/s12951-022-01537-z
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发表时间：
2022-07-16
影响因子：
10.2
通讯作者：
Xie, Jin
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Jiang, Fangchao;Lee, Chaebin;Zhang, Weizhong;Jiang, Wen;Cao, Zhengwei;Chong, Harrison Byron;Yang, Wei;Zhan, Shuyue;Li, Jianwen;Teng, Yong;Li, Zibo;Xie, Jin
放射动力疗法（RDT）具有克服传统光动力疗法（PDT）相关的浅层组织穿透问题的潜力。为此，通常使用复杂且有时有毒的闪烁体-光敏剂纳米偶联物，这对大规模生产和监管批准构成了障碍。在此，我们报告了一种基于CsI(Na)@MgO纳米颗粒和5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）的流线型RDT策略。5-ALA是一种临床批准的光敏剂，在癌细胞线粒体中转化为原卟啉IX （PpIX）。CsI(Na)@MgO纳米粒子产生强烈的~ 410 nm x射线发光，与PpIX的Soret波段相匹配。我们假设CsI(Na)@ mgo和5- ala组合可以介导RDT，其中线粒体靶向PDT与dna靶向照射协同有效地杀死癌细胞。由于闪烁纳米粒子和光敏剂是分开施用的，因此该方法避免了光敏剂的自猝灭或不受控制的释放等问题。在体外4T1细胞实验中，CsI(Na)@MgO和5-ALA联合使用可提高辐射诱导的活性氧（ROS），增强对线粒体、DNA和脂质的损伤，最终降低细胞增殖和克隆原性。在4T1模型的体内测试中，与单独放射治疗（RT）相比，CsI(Na)@MgO和5-ALA联合使用的RDT显著改善了肿瘤抑制和动物生存。经处理后，由低毒碱和卤化物元素组成的闪烁纳米粒子被有效排出体外，对宿主无明显伤害。我们的研究表明，分别给药CsI(Na)@MgO纳米颗粒和5-ALA代表了一种安全、简化的RDT方法，具有临床转化的潜力。在线版本包含补充材料，可在10.1186/s12951-022-01537-z获得。
Radiodynamic therapy (RDT) holds the potential to overcome the shallow tissue penetration issue associated with conventional photodynamic therapy (PDT). To this end, complex and sometimes toxic scintillator–photosensitizer nanoconjugates are often used, posing barriers for large-scale manufacturing and regulatory approval. Herein, we report a streamlined RDT strategy based on CsI(Na)@MgO nanoparticles and 5-aminolevulinic acid (5-ALA). 5-ALA is a clinically approved photosensitizer, converted to protoporphyrin IX (PpIX) in cancer cells’ mitochondria. CsI(Na)@MgO nanoparticles produce strong ~ 410 nm X-ray luminescence, which matches the Soret band of PpIX. We hypothesize that the CsI(Na)@MgO-and-5-ALA combination can mediate RDT wherein mitochondria-targeted PDT synergizes with DNA-targeted irradiation for efficient cancer cell killing. Because scintillator nanoparticles and photosensitizer are administered separately, the approach forgoes issues such as self-quenching or uncontrolled release of photosensitizers. When tested in vitro with 4T1 cells, the CsI(Na)@MgO and 5-ALA combination elevated radiation-induced reactive oxygen species (ROS), enhancing damages to mitochondria, DNA, and lipids, eventually reducing cell proliferation and clonogenicity. When tested in vivo in 4T1 models, RDT with the CsI(Na)@MgO and 5-ALA combination significantly improved tumor suppression and animal survival relative to radiation therapy (RT) alone. After treatment, the scintillator nanoparticles, made of low-toxic alkali and halide elements, were efficiently excreted, causing no detectable harm to the hosts. Our studies show that separately administering CsI(Na)@MgO nanoparticles and 5-ALA represents a safe and streamlined RDT approach with potential in clinical translation. The online version contains supplementary material available at 10.1186/s12951-022-01537-z.
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