色氨酸调控的MOF装载生物大分子用于ROS/RNS癌症治疗

由于大的表面积和多孔性，金属有机框架（MOFs）可用作生物药物的纳米载体和组织生物级联的纳米催化剂。该研究利用色氨酸来调控沸石咪唑框架-8（ZIF-8）的结构和性能。ZIF-8作为纳米载体，有效地封装了酶和mRNA。在室温下，色氨酸会与锌离子协调，形成ZIF-8:Trp，尺寸从μm范围内缩小到200 nm以下。此外，药物的释放可以通过荧光来实时监测。除了作为生物分子的纳米载体，ZIF-8:Trp还可以被用作纳米反应器来诱导级联反应，产生活性氧和氮气。总的来说，这种纳米化的ZIF-8:Trp可以为制备级联生物反应提供一种新的策略，并为气体治疗提供新的思路。

图1. 色氨酸调节的金属有机框架的示意图

为了探索抑制机制，用DHE、DAF-FM DA和O52荧光探针对细胞内的级联反应进行了分析。与GOx@ZIF-8:Trp和Arg-GOx@ZIF-8:Trp孵化后，观察到DHE的亮红色荧光，表明有高水平的ROS产生。同时，Arg-GOx@ZIF-8:Trp组显示DAF-FM DA的亮绿色荧光，表明细胞内级联催化产生的NO水平很高。同时，在Arg-GOx@ZIF-8:Trp组观察到O52探针明显的绿色荧光，而在其他组几乎没有绿色荧光，说明细胞内的RNS是由级联反应产生。

图2. 用于实时监测反应性降解和释放色氨酸调制MOFs的示意图

此外，进一步通过JC-1探针检测早期细胞凋亡，以确认级联反应诱导的细胞凋亡。Arg-GOx@ZIF-8:Trp组的红色发射与绿色发射的荧光强度比低于其他组，表明Arg-GOx@ZIF-8:Trp可以对Hep G2细胞诱发更高水平的细胞抑制。进一步研究了Arg-GOx@ZIF-8:Trp的体内抗癌效果。在治疗期间，所有组别都没有观察到明显的体重下降，表明Arg-GOx@ZIF-8:Trp引起的副作用最小。用PBS和ZIF-8:Trp治疗的小鼠显示肿瘤体积迅速增加，这表明ZIF-8:Trp本身对肿瘤的抑制作用可以忽略不计。注射Arg-GOx@ZIF-8:Trp的小鼠表现出明显的肿瘤抑制作用，这归因于ROS和RNS的产生，同时表明Arg-GOx@ZIF-8:Trp能有效地传递到肿瘤部位。

图3.  (A) Hep G2细胞中检测ROS生成；(B) JC-1探针对不同处理后的早期凋亡监测

还评估了体内ROS和RNS的生成情况。在Arg-GOx@ZIF-8:Trp组观察到高水平的红色（ROS探针）和绿色（RNS探针）荧光强度，表明肿瘤组织中富集的Arg-GOx@ZIF-8:Trp可以在体内通过级联反应进一步生成ROS和RNS。Arg-GOx@ZIF-8:Trp组在H&E染色中显示出明显的细胞凋亡。主要器官的H&E染色显示没有明显的组织损伤，表明ZIF-8:Trp具有良好的生物相容性和生物安全性。所有这些数据都证明了这种纳米反应器Arg-GOx@ZIF-8:Trp在串联反应催化和改善抗癌治疗方面的可行性。

图4. 抗肿瘤研究

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.2c03778

转自：“NANO学术”微信公众号

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