Fe (II) y MOF envuelto en ácido tánico como portador de artemisinina para el suministro de iones ferrosos para mejorar el tratamiento del cáncer de mama triple negativo

Material y métodos

Reactivos

Artemisinina (99%), 2-metilimidazol (98%), nitrato de zinc (ZnNO ₃ ; 98%), Ta (98%), sulfato ferroso (FeSO ₄ ; 98%), y el metanol anhidro fue proporcionado por Aladdin-Reagent Co. Ltd. (Shanghai, China).

Fabricación de nanopartículas TA-Fe / ART @ ZIF

Para la preparación de nanopartículas ART @ ZIF, se disolvieron 200 mg de ART en 1 mL de metanol anhidro y se añadieron lentamente 2 g de 2-metilimidazol (el disolvente eran 8 mL de metanol absoluto) a la solución de ART obtenida. Con agitación magnética, se añadieron lentamente 0,2 g de nitrato de zinc (el disolvente era 1 ml de metanol absoluto). Finalmente, el volumen de la solución se ajustó a 15 mL y se agitó durante 10 min para obtener una solución de color blanco claro. Después de centrifugar a 10.000 rpm, la muestra se lavó tres veces con metanol. El sobrenadante fue para medir el contenido de ART, mientras que el precipitante se liofilizó para obtener el estado sólido para su uso posterior.

Para la preparación de nanopartículas de TA-Fe / ART @ ZIF, se añadió lentamente solución de TA (40 mg / ml en agua desionizada, 2 ml) a la solución de ART @ ZIF (10 mg / ml, 4 ml). Después de agitar durante 20 min, 5 mg / mL de FeSO ₄ se añadió lentamente a la solución anterior. Después de agitar repetidamente durante 30 min, se obtuvo una solución de color púrpura oscuro. Finalmente, el precipitado se recogió mediante centrifugación a 10.000 rpm. El precipitado se lavó tres veces con agua desionizada y se liofilizó para obtener TA-Fe / ART @ ZIF para su uso posterior.

Caracterización

Se utilizó TEM (JEM-1230; JEOL, Tokio, Japón) para determinar la composición morfológica y elemental de cada parte de la nanopartícula. La dispersión dinámica de la luz y el potencial zeta (DLS; Zetasizer Nano system Malvern Instruments, Malvern, Reino Unido) se utilizaron para evaluar el tamaño de partícula y la estabilidad eléctrica de las nanopartículas. Se utilizó espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (VERTEX 70; Bruker, Bremen, Alemania) y análisis termogravimétrico para analizar la composición de los constituyentes de las nanopartículas. Se tomaron medidas espectroscópicas de fotoelectrones de rayos X (XPS) usando un PHI 5000 Versa Probe III (Physical Electronics). La composición elemental del material TA-Fe / ART @ ZIF se realizó utilizando EDX (Modelo Carl Zeiss:Neon-40).

Medición de la eficiencia de encapsulación y la capacidad de carga

Cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC) (Agilent 1200; Agilent Technologies, Santa Clara, CA) para medir la cantidad de ART en el sobrenadante. Las tasas de carga y encapsulación del fármaco de ART se pueden calcular de la siguiente manera:

Liberación in vitro y respuesta al pH de nanopartículas TA-Fe / ART @ ZIF

La membrana de diálisis tratada envuelta con 2 mg de nanopartículas se colocó en 50 ml de solución salina tamponada con fosfato (PBS) con pH de 7,4 y 5,0, respectivamente, y se agitó continuamente a 37ºC. Se tomaron muestras de la solución fuera de la membrana de diálisis a los 15 min, 30 min, 45 min, 1 h, 2 h, 4 h, 6 h, 8 h y 10 h después del inicio del experimento. El contenido de ART en la solución tampón se midió mediante HPLC.

Cultivo celular

Las líneas celulares MDA ‐ MB ‐ 231 y L929 se adquirieron de la American Type Culture Collection (American Type Culture Collection, Manassas, VA, EE. UU.). Las células se cultivaron a 37 ° C y 5% de CO ₂ de humedad en medio RPMI-1640 (Solarbio, Beijing, China), que se complementó con suero bovino fetal al 10% (Cyclone, Utah, EE. UU.), 100 µg / mL de piruvato de sodio, penicilina y estreptomicina (Solarbio Beijing, China).

Prueba de toxicidad celular in vitro

La viabilidad celular se determinó usando el ensayo de bromuro de 3- (4, 5-dimetiltiazol-2-il) -2,5-difeniltetrazolio (MTT) de acuerdo con los procedimientos de la literatura [28, 29].

Las células MDA-MB-231 y las células L929 se cultivaron en medio celular estándar en placas de 96 pocillos (5000 células por pocillo) y se incubaron en CO ₂ al 5%. a 37 ° C durante 24 h. Se descartó el fluido del pozo, y se descartaron 100 μL por pozo del medio libre de suero con PBS y diferentes concentraciones de ART, TA-Fe / ZIF, TA-Fe / ART @ ZIF, deferoxamina (DFO, MedChemExpress, Shanghai, China ), N-benciloxicarbonil-Val-Ala-Asp (O-Me) fluorometilcetona (Z-VAD-FMK, MedChemExpress, Shanghai, China) y ferrostatina-1 (Fer1, MedChemExpress, Shanghai, China) se agregaron a los 96 -placas de pozo. Después de 48 h, se agregaron 10 μL de MTT (5 mg / mL) y se incubaron por otras 4 h. Finalmente, se utilizó un marcador enzimático automático (BioTek Instruments Inc., EE. UU.) Para medir la absorbancia en cada pocillo. Los resultados se expresaron como el porcentaje de viabilidad celular.

Ensayo de tinción con calceína-acetoximetil (calceína-AM)

Se cultivaron células MDA-MB-231 en placas de 24 pocillos (2 x 10 ⁴ células por pocillo) y se incubó durante 24 h. Posteriormente, las células se trataron con diferentes concentraciones de nanopartículas TA-Fe / ART @ ZIF durante 24 h. Después de descartar el medio, las células se tiñeron con Calcein-AM (Beyotime Biotechnology, Shanghai, China) en la oscuridad a 4 ° C durante 20 min y se observaron bajo un microscopio de fluorescencia invertida (Olympus, Tokio, Japón).

Citometría de flujo para apoptosis

Las células MDA-MB-231 se colocaron en una placa de seis pocillos a una densidad de 2,5 × 10 ⁵ células por pocillo en las mismas condiciones. Después del tratamiento con PBS, se aplicaron ART, TA-Fe / ZIF y TA-Fe / ART @ ZIF durante 24 h. Posteriormente, las células se centrifugaron y se recogieron de la placa de seis pocillos. Después de la tinción doble con yoduro de propidio y anexina-V (kit Annexin V ‐ FITC; Beckman Coulter, Marsella, Francia), se utilizó citometría de flujo para la detección.

Ensayo de determinación de especies reactivas de oxígeno (ROS) in vitro

El contenido de ROS en las células se realizó mediante una sonda de fluorescencia de ROS (diacetato de dicloro-dihidro-fluoresceína (DCFH-DA, Beyotime Biotechnology, Shanghai, China). Las células MDA-MB-231 se cultivaron en placas de seis pocillos (2,5 × 10 ⁵ células por pocillo) y se incuban en 5% CO ₂ a 37 ° C durante 24 h. El líquido de los pocillos se descartó y las células se trataron de la siguiente manera:grupo de control en blanco (medio sin suero), grupo de control positivo y grupo experimental (diferentes concentraciones de nanopartículas). Después de la incubación durante 8 ha 37 ° C, se añadió DCFH-DA al 0,1% a cada pocillo y las células se incubaron durante 30 min. Las células que no respondieron a DCFH-DA se eliminaron con PBS y se observaron bajo un microscopio de fluorescencia invertida (Olympus, Tokio, Japón).

Determinación del contenido de malondialdehído (MDA) y GSH

El kit de ensayo MDA (método TBA; Jiancheng Bioengineering, Nanjing, China) y el kit de ensayo GSH (Beyotime Biotechnology, Shanghai, China) se utilizaron para medir los niveles intracelulares de MDA y GSH. Después del tratamiento con PBS, ART, TA-Fe / ZIF y TA-Fe / ART @ ZIF, se recogieron y contaron las células MDA-MB-231. El contenido intracelular de MDA y GSH se determinó de acuerdo con las instrucciones proporcionadas en los kits.

Análisis de Western Blot

Las células MDA-MB-231, que se trataron con diferentes nanopartículas, se lisaron con tampón de lisis RIPA. Después de que se determinó la concentración de proteína, las proteínas de diferentes muestras se separaron usando gel SDS-PAGE al 10% y se transfirieron a una membrana de nitrocelulosa. La membrana de nitrocelulosa que se cargó con las proteínas de la muestra se bloqueó con una solución de proteína BSA al 0,5% durante 1 h, y la membrana de nitrocelulosa y los anticuerpos primarios se incubaron durante 24 ha 4 ° C. Enjuagamos los anticuerpos primarios de la membrana de nitrocelulosa con TBST y continuamos colocándolo con los anticuerpos secundarios correspondientes a temperatura normal durante 2 h. Después de lavar los anticuerpos secundarios en la membrana de celulosa, la membrana de nitrocelulosa se usó en una solución quimioluminiscente y se observó bajo el sistema de formación de imágenes en gel.

Experimento antitumoral in vivo

Todos los experimentos con animales fueron aprobados por el Comité de Ética de la Universidad Médica de Weifang. Se administraron ratones desnudos hembra sanos (edad:4 semanas; peso:13-17 g; Vital River, Beijing, China) con 5 × 10 ⁶ Células MDA-MB-231 en 150 µl de solución salina tamponada con fosfato. Cuando el volumen del tumor aumentó a 70-120 mm ³ , los ratones se dividieron aleatoriamente en cuatro grupos. Cada grupo de ratones se trató por separado con PBS, ART (20 mg / kg), TA-Fe / ZIF (80 mg / kg) y TA-Fe / ART @ ZIF (100 mg / kg). Cada ratón fue tratado mediante inyección intraperitoneal cada tres días. Después de 14 días, se sacrificaron todos los ratones. Se recolectaron los tejidos tumorales y los órganos importantes para la tinción con hematoxilina y eosina.

Análisis estadístico

Todos los experimentos se repitieron al menos tres veces. Todos los datos se analizaron estadísticamente utilizando el software SPSS versión 22.0 (IBM Corp., Armonk, EE. UU.). Los resultados se expresaron como media ± desviación estándar. P valores <0.05 denotan significancia estadística.

Resultados y discusión

Caracterizaciones de nanopartículas TA-Fe / ART @ ZIF

Primero, las nanopartículas ART @ ZIF se sintetizaron a temperatura ambiente a partir de metanol, acetato de zinc, 2-metilimidazol y ART de acuerdo con los procedimientos de la literatura [30]. A continuación, se formaron rápidamente películas supramoleculares estables de metal-polifenol alrededor de las plantillas ART @ ZIF agitando TA e iones ferrosos. En comparación con las nanopartículas magnéticas reportadas [31,32,33], el TA-Fe / ART @ ZIF se preparó mediante el método de autoensamblaje formateando la membrana de TA-Fe en la superficie de MOF sin una reacción química o hidrotermal involucrada. Más importante aún, el nanoportador TA-Fe / ART @ ZIF puede activarse por un pH bajo, para liberar ART y Fe (II), que es catalizado aún más por el endoperóxido de ART para generar radicales libres centrados en C, ferroptosis notablemente mejorada. . La eficacia de encapsulación, que se midió por HPLC utilizando el sobrenadante de la primera centrifugación, fue del 66,7%. El sobrenadante se obtuvo mediante las nanopartículas TA-Fe / ART @ ZIF, y la carga de fármaco calculada de ART fue del 11,4%. Según la espectroscopia FTIR (Fig. 2a), los picos de absorción característicos de ART, a saber, el enlace carbonilo a 1.738 cm ⁻¹ y el puente peroxi a 724 cm ⁻¹ [34], se observaron en nanopartículas TA-Fe / ART @ ZIF, lo que indica que ART se encapsuló con éxito en las nanopartículas. A continuación, los resultados del análisis termogravimétrico revelaron que ART desapareció por completo cuando la temperatura se incrementó a aproximadamente 400 ° C (Fig. 2b). En comparación con las nanopartículas TA-Fe / ZIF, se encontró que ART representa el 7,1% del peso total de las nanopartículas TA-Fe / ART @ ZIF, lo que es básicamente consistente con los resultados del análisis HPLC.

un FTIR de ART, ZIF-8 y TA-Fe / ART @ ZIF; b Análisis termogravimétrico (TGA) de ART, TA-Fe / ZIF y TA-Fe / ART @ ZIF

Los resultados de TEM mostraron que ZIF-8 y ART @ ZIF exhibían una configuración hexagonal uniforme similar, y la distribución del tamaño de partícula se determinó a aproximadamente 100 nm (Fig. 3a, b). Las nanopartículas TA-Fe / ART @ ZIF exhibieron una configuración esférica, y la distribución del tamaño de partícula fue de 150 nm. En comparación con ART @ ZIF completo, TA-Fe / ART @ ZIF recubiertos con Fe (II) y TA demostraron una estructura convencional núcleo-capa obvia, y el tamaño de la membrana TA-Fe fue de aproximadamente 30 nm (Fig. 3a). Además, realizamos un análisis de mapeo elemental de área de las nanopartículas formadas. El mapeo elemental de área confirmó que la periferia de las nanopartículas TA-Fe / ART @ ZIF estaba rodeada por el elemento Fe, lo que indica que Fe (II) y TA se ocultaron con éxito (Fig. 3b). Se tomaron medidas de XPS para investigar la composición elemental de la superficie y la interacción en el compuesto TA-Fe / ART @ ZIF. El espectro XPS de barrido amplio de TA-Fe / ART @ ZIF se muestra en el archivo adicional 1:Fig. 1s. Los picos principales que aparecen alrededor de 285, 408, 531, 737 y 1036 eV estaban relacionados con C 1, N 1, O 1, Fe 2p y Zn 2p, respectivamente, lo que demuestra la formación de nanocompuestos TA-Fe / ART @ ZIF. . Además, las imágenes de mapeo EDS del TA-Fe / ART @ ZIF se muestran en el archivo adicional 1:Fig. 2s. Se encuentra claramente que los picos correspondientes a elementos como carbono (C), nitrógeno (N), oxígeno (O), hierro (Fe) y zinc (Zn), concuerdan bien con el espectro XPS. Al aumentar la cantidad de Fe (II), encontramos que el diámetro hidrodinámico de las nanopartículas TA-Fe / ART @ ZIF se incrementó (archivo adicional 1:Fig. 3s). Para confirmar aún más el recubrimiento, medimos el potencial zeta de varias nanopartículas. La capa de formación TA – Fe (II) en las partículas ART @ ZIF desplazó la superficie zeta de un potencial de + 21 mV a - 19,5 mV debido a la naturaleza ácida de TA (archivo adicional 1:Fig. 4s). Como se informó en la literatura anterior [30], los abundantes grupos polifenoles en la estructura TA no solo dotan a la capacidad de recubrimiento del sustrato, sino que también son capaces de coordinarse con iones de metales de transición (Fe, Zn) para formar un complejo metal-fenólico. Cuando Zn ²⁺ y Hmim se mezclan para formar una solución, una masa de Zn ²⁺ los iones se coordinarían en la superficie de las partículas ART @ ZIF; por tanto, el potencial zeta de ART @ ZIF es + 21 mV. Los grupos fenólicos de TA (pKa 8.5) se desprotonaron negativamente y, por lo tanto, podrían interactuar con el Zn ²⁺ cargado positivamente , promoviendo el crecimiento de la película TA – Fe en la superficie ART @ ZIF. Dado que la administración de fármacos favorece a los portadores, la estabilidad es un factor importante para su aplicación medicinal. La estabilidad de las nanopartículas se demostró mediante la dispersión en PBS durante una semana. Como se muestra en el archivo adicional 1:Fig. 5s, el tamaño de partícula presentó el tamaño y la estabilidad deseables a partir del curso del estudio.

un Imágenes TEM y distribución de tamaño de nanopartículas ZIF-8, ART @ ZIF y TA-Fe / ART @ ZIF. Barra de escala:100 nm; b distribución del elemento carbono y hierro en nanopartículas TA-Fe / ART @ ZIF. Barra de escala:100 nm

un Liberación in vitro de ART de nanopartículas TA-Fe / ART @ ZIF en pH 7,4 y 5,0. b La citotoxicidad de nanopartículas de ART, TA-Fe / ZIF y TA-Fe / ART @ ZIF en células MDA-MB-231 a 0, 12,5, 25, 50 y 100 μg / ml. c Viabilidad de las células L929 tratadas con TA-Fe / ART @ ZIF a diferentes concentraciones. d Tinción con calceína-AM de células MDA-MB-231 tratadas con nanopartículas TA-Fe / ART @ ZIF en concentraciones de 0, 25, 50 y 100 μg / mL

Producción de ROS detectada por fluorescencia de DCFH-DA en células MDA-MB-231 tratadas con nanopartículas ART, TA-Fe / ZIF y TA-Fe / ART @ ZIF

Liberación y citotoxicidad de TA-Fe / ART @ ZIF in vitro

A continuación, para estudiar si TA-Fe / ART @ ZIF tenía un comportamiento de descomposición sensible al pH, examinamos la liberación de ART a partir de nanopartículas en condiciones neutras y ácidas. Como se muestra en la Fig. 4a, en las condiciones ácidas, las nanopartículas pueden liberar rápidamente aproximadamente el 58% de ART en 1 h. Sin embargo, en condiciones neutrales, las nanopartículas solo pueden liberar lentamente una pequeña cantidad de ART. Además, durante el tratamiento de la solución externa de la membrana de diálisis con hidróxido de sodio, la solución del grupo de pH =5,0 se hizo reaccionar con hidróxido de sodio para producir un precipitado blanco considerable. Sin embargo, este fenómeno no se observó en el grupo de pH =7,4.

Según nuestra hipótesis, el precipitado blanco es un precipitado de hidróxido de zinc formado por la disociación de iones de zinc y álcali de las nanopartículas en condiciones ácidas. En conjunto, esta evidencia muestra con éxito que nuestras nanopartículas tienen la capacidad de disociarse en condiciones ácidas.

En el diseño del nano-sistema TA-Fe / ART @ ZIF, las estructuras TA-Fe (II) y ZIF se ablacionan para liberar el ART y Fe (II) encerrados en las condiciones ácidas del microambiente tumoral. La regulación al alza de los niveles de Fe (II) en las células descompondría ART en radicales a través de la escisión del puente endoperóxido mediado por hierro, mejorando notablemente los efectos de la ferroptosis. En consecuencia, se realizaron ensayos de MTT para estudiar la citotoxicidad del nano-sistema para las células MDA-MB-231 y las células L929. En comparación con ART, las nanopartículas TA-Fe / ART @ ZIF mostraron mayor citotoxicidad para las células MDA-MB-231 (Fig. 4b) y baja citotoxicidad para las células normales (Fig. 4c). Las nanopartículas TA-Fe / ART @ ZIF inhibieron la actividad de las células MDA-MB-231 en un 53,9%, mientras que ART a la misma concentración inhibió solo el 24,1% de las células completas. Los resultados experimentales de la tinción con calceína-AM confirmaron que la cantidad de células viables MDA-MB-231 descendió gradualmente con la concentración creciente de nanopartículas TA-Fe / ART @ ZIF (Fig. 4d).

Generación de ROS mejorada de TA-Fe / ART @ ZIF en celdas MDA-MB-231

Se sabe que el ART ejerce su actividad anticancerígena a través de la generación de ROS producidos por la escisión del puente endoperóxido mediada por hierro [35, 36]. Por lo tanto, hemos examinado la eficacia de TA-Fe / ART @ ZIF para inducir la generación de ROS mediante la sonda de diacetato de 2 ′, 7′-diclorodihidrofluoresceína (DCHF-DA) [37]. Como se muestra en la Fig. 5, la señal de fluorescencia ligeramente más fuerte se observó en las células tratadas con ART y TA-Fe / ZIF en comparación con los grupos no tratados, lo que indica que los iones ART y Fe (II) podrían inducir la generación de ROS. Por el contrario, una fuerte exposición a la señal de fluorescencia al nanofármaco TA-Fe / ART @ ZIF se encuentra en las células como una evidencia del rendimiento de ROS deseado, que se genera mediante la escisión del endoperóxido de ART mediado por Fe (II). El nano-sistema preparado en las células se degradaría y produciría una acumulación de Fe (II), una generación de ROS notablemente mejorada. El efecto anticancerígeno del ART y sus derivados se ha atribuido a su capacidad para inducir la apoptosis mediante diversos procesos celulares, que van desde la respuesta al daño del ADN, la macroautofagia del proceso catabólico mediado por lisosomas y el estrés oxidativo [13, 35, 38]. Y también se informó que la escisión mediada por hierro del puente endoperóxido en ART podría afectar el equilibrio oxidativo intracelular a la ferroptosis en muchos tipos de células cancerosas [11]. Esta inducción de ferroptosis basada en el desequilibrio oxidativo puede amplificarse aún más con la adición de Fe (II). Si bien el Fe (II) activa el ART, también puede reaccionar con el peróxido de hidrógeno intracelular para generar radicales libres hidroxilo a través de la reacción de Fenton, que mejora el efecto inductor de apoptosis del ART en las células tumorales.

Apoptosis y ferroptosis inducidas por TA-Fe / ART @ ZIF en células MDA-MB-231

Mientras tanto, para investigar la muerte celular y el papel de Fe (II), utilizamos deferoxamina quelante de hierro, inhibidor de apoptosis Z-VAD-FMK e inhibidor de ferroptosis ferrostatina-1 para rescatar estas células. Como se predijo, la deferoxamina, un eliminador de Fe (II), obviamente podría bloquear la muerte celular, lo que sugiere el importante papel del Fe (II). Además, la tasa de supervivencia de las células MDA-MB-231 mejoró significativamente por la apoptosis y el inhibidor de ferroptosis del 31,4% al 56,3% y 76,0%, respectivamente (Fig.6a), destacando la importancia de la apoptosis y ferroptosis en TA-Fe / ART. Las nanopartículas de @ZIF mediaron la muerte celular. Además, empleamos un ensayo basado en Anexina V-FITC mediante citometría de flujo, para determinar cuantitativamente el grado de apoptosis. Los resultados indican que las nanopartículas TA-Fe / ART @ ZIF pueden inducir la apoptosis en el 21,8% de las células MDA-MB-231 (archivo adicional 1:Fig. 6s). Este porcentaje fue superior al registrado para ART, lo que implica que la apoptosis está involucrada en las nanopartículas TA-Fe / ART @ ZIF mediadas, pero no es la causa principal.

un Los inhibidores DFO (deferoxamina), Fer-1 (Ferrostatin-1) y Z-VAD-FMK rescataron la viabilidad de las células MDA-MB-231 en tratamiento con nanopartículas TA-Fe / ART @ ZIF de 100 μg / mL, respectivamente. b Las nanopartículas ART, TA-Fe / ZIF y TA-Fe / ART @ ZIF contribuyeron al exceso de MDA en las células MDA-MB-231. c Las nanopartículas ART, TA-Fe / ZIF y TA-Fe / ART @ ZIF consumieron GSH intracelular. d Los niveles de expresión de proteínas GPX4 en células MDA ‐ MB ‐ 231 tratadas con nanopartículas ART, TA-Fe / ZIF y TA-Fe / ART @ ZIF

Una característica común de la ferroptosis es la peroxidación lipídica endógena [39]. Se investigó la MDA, un producto de la peroxidación lipídica [40], para evaluar el grado de ferroptosis. Los resultados mostraron que las nanopartículas de TA-Fe / ART @ ZIF tenían niveles de MDA aproximadamente 2,5 veces más altos que el grupo de control (Fig. 6b). Esto se presumió debido a la presencia de Fe (II) enriquecido con nanoportadores y la correspondiente elevación de los niveles de radicales lipídicos. Como uno de los principales componentes antioxidantes de las células, el GSH intracelular se reduce acompañado de ferroptosis [41]. Teniendo en cuenta el papel de importación de GSH en la ferroptosis, evaluamos el nivel de GSH intracelular después del tratamiento con nanopartículas TA-Fe / ART @ ZIF. GSH disminuyó significativamente en comparación con las células tratadas con vehículo (Fig. 6c). Esto proporcionó una fuerte evidencia del agotamiento de GSH y el desequilibrio de oxidación, que se centró en la activación de ART mediada por Fe (II) mediante nanopartículas de TA-Fe / ART @ ZIF. A continuación, se realizó una transferencia Western para comprender el impacto de las nanopartículas TA-Fe / ART @ ZIF en la actividad de GPX4 [42]. Observamos que las nanopartículas de TA-Fe / ART @ ZIF causaron una inhibición más significativa de la actividad de GPX4 que ART (Fig. 6d). Estos datos también concuerdan bien con el grado más alto de agotamiento de GSH.

Experimento antitumoral in vivo

Evaluamos la eficacia antitumoral de nuestras nanopartículas en células MDA-MB-231 in vivo mediante la inhibición de tumores de xenoinjerto subcutáneo en ratones desnudos portadores de tumores. Durante el tratamiento de 14 días, en comparación con otros grupos, las nanopartículas TA-Fe / ART @ ZIF pueden inhibir significativamente el crecimiento de tumores de xenoinjerto MDA-MB-231 como resultado de la abundante generación de ROS a través de la reacción Fe (II) -ART (Fig. .7a). Además, no hubo una diversidad significativa de peso corporal en todos los grupos experimentales (Fig. 7b), lo que demuestra que el TA-Fe / ART @ ZIF tenía efectos secundarios insignificantes. Para estudiar más a fondo el efecto terapéutico, el tumor y otros tejidos normales se examinaron mediante tinción con H&E después de ser tratados durante 14 d. Como se muestra en la Fig. 8, TA-Fe / ART @ ZIF causó la mayor región de muerte celular en el tejido tumoral, mientras que no hubo daño ni apoptosis obvios en los tejidos normales. En general, estos resultados demostraron que la terapia mediada por TA-Fe / ART @ ZIF no solo condujo a la eficacia contra el cáncer, sino que también tiene un bajo nivel de toxicidad sistemática aguda en la terapia mediada por SFT-MB.

un Volumen relativo del tumor después del tratamiento con nanopartículas de PBS, ART, TA-Fe / ZIF y TA-Fe / ART @ ZIF. b Peso corporal relativo de los ratones de varios grupos

Tinciones H&E de órganos y tumores de varios grupos de ratones. Barra de escala:50 μm

Conclusión

En resumen, la ferroptosis proporciona un remedio potencial para los tratamientos de TNBC, ya que tiene ventajas exclusivas para superar las inevitables barreras de la terapia prevaleciente actualmente. Aquí, diseñamos un nanoportador de suministro ferroso para ART basado en TA – Fe (II) recubierto en las nanopartículas ZIF con ART encapsulado a través de un autoensamblaje impulsado por coordinación para mejorar la ferroptosis. El nanoportador podría disolverse en el microambiente ácido débil para liberar ART y Fe (II), lo que provoca además un alto nivel de ROS y MDA intracelulares, acompañado de una disminución de GSH y GPX4, lo que conduce a una potente inhibición del crecimiento tumoral y anticanceroso. eficacia in vitro e in vivo. Este trabajo proporciona un enfoque novedoso para mejorar la potencia de la nanomedicina ferroptótica y nuevas direcciones para la terapia de TBNC. Se debe garantizar la biocompatibilidad y los mecanismos integrales de la ferroptosis inducida por TA-Fe / ART @ ZIF para una mayor investigación.

Disponibilidad de datos y materiales

Todos los datos están completamente disponibles sin restricciones.

Abreviaturas

MOF:

Estructuras metalorgánicas

TNBC:

Cáncer de mama triple negativo

ART:

Artemisinina

TA:

Ácido tánico

ZIF:

Imidazolate framework-8 zeolítico

TA-Fe / ART @ ZIF:

Ácido tánico e iones ferrosos recubiertos en el marco de imidazolato zeolítico 8 con artemisinina encapsulada

ROS:

Especies reactivas de oxígeno

LPO:

Hidroperóxidos lipídicos

GSH:

Glutatión

TEM:

Microscopía electrónica de transmisión

FTIR:

Espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier

HPLC:

Cromatografía líquida de alto rendimiento

PBS:

Solución salina tamponada con fosfato

MTT:

Bromuro de 3- (4,5-dimetiltiazol-2-il) -2,5-difeniltetrazolio

DFO:

Deferoxamina

Fer-1:

Ferrostatina-1

Z-VAD-FMK:

N-benciloxicarbonil-val-ala-asp (O-Me) fluorometilcetona

Calceína-AM:

Calceína-acetoximetilo

DCFH-DA:

Diacetato de dicloro-dihidro-fluoresceína

MDA:

Malondialdehído

BSA:

Albúmina de suero bovino

TBST:

Tween salino tamponado con Tris

SDS-PAGE:

Electroforesis en gel de poliacrilamida

GPX4:

Glutatión peroxidasa 4

Un fotodetector doble de cuatro cuadrantes basado en un nanómetro mejorado de infrarrojo cercano de silicio negro Síntesis in situ de nanopartículas de plata en fibra de poliacrilonitrilo injertada con amino y su actividad antibacteriana