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3-Bromopyruvate-Loaded Ti3C2 MXene/Cu2O Nanosheets for Photoacoustic Imaging-Guided and Hypoxia-Relieving Enhanced Photothermal/Chemodynamic Therapy
Analytical Chemistry ( IF 6.7 ) Pub Date : 2023-01-04 , DOI: 10.1021/acs.analchem.2c04953 Zichen Wang 1, 2, 3 , Haimei Li 4 , Wenyan She 1 , Xiaoyang Zhang 1 , Yang Liu 1 , Yi Liu 1, 4, 5 , Peng Jiang 1, 2, 3, 6
Analytical Chemistry ( IF 6.7 ) Pub Date : 2023-01-04 , DOI: 10.1021/acs.analchem.2c04953 Zichen Wang 1, 2, 3 , Haimei Li 4 , Wenyan She 1 , Xiaoyang Zhang 1 , Yang Liu 1 , Yi Liu 1, 4, 5 , Peng Jiang 1, 2, 3, 6
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Chemodynamic therapy (CDT) is an innovative and effective treatment that relies on the Fenton or Fenton-like reaction, in which endogenous H2O2 overproduction is converted into cytotoxic hydroxyl radicals (•OH) to suppress tumor growth. Nevertheless, the therapeutic efficiency of CDT is severely restricted by undesirable properties, such as reaction conditions and catalyst performance. Herein, a 2D Ti3C2 MXene/Cu2O nanosheet (MCP NS)-based multifunctional nanoplatform (3-BP@MCG NSs) has been constructed, in which glucose oxidase (GOx) and respiration inhibitor 3-bromopyruvate (3-BP) are sequentially embedded. In this structure, the copper-based catalyst Cu2O releases Cu+ in an acid-triggered manner in the tumor microenvironment (TME), which activates the Fenton-like reaction to catalyze the generation of •OH for CDT. The composite has excellent photothermal properties and a high-resolution photoacoustic imaging (PAI) capability in the near-infrared (NIR) region, and especially under NIR irradiation, the photothermal effect generated by the nanosheets accelerates catalysis. GOx is a natural enzyme catalyst for depleting glucose and oxygen content in cells, upregulating H2O2 levels in situ, and thereby improving the therapeutic effect of CDT. What is more, the supported 3-BP not only reduces oxygen consumption to alleviate hypoxia levels but also inhibits the glycolysis process and lowers ATP levels by suppressing hexokinase activity. As a result, 3-BP@MCG NSs optimize the unique properties of MCP NSs, GOx, and 3-BP via mutual promotion, realizing self-enhanced PTT/CDT synergistic therapy. This work establishes an emerging strategy for highly efficient PAI-guided integrated treatment and provides a proof of concept for the cooperation of hypoxia relief and in situ H2O2 and NIR synergistic enhancement to improve therapeutic efficiency.
中文翻译:
负载 3-溴丙酮酸的 Ti3C2 MXene/Cu2O 纳米片用于光声成像引导和缺氧缓解增强型光热/化学动力学治疗
化学动力学疗法 (CDT) 是一种创新且有效的治疗方法,它依赖于 Fenton 或 Fenton 样反应,其中内源性 H 2 O 2过量产生被转化为细胞毒性羟基自由基 ( • OH) 以抑制肿瘤生长。然而,CDT 的治疗效率受到反应条件和催化剂性能等不良特性的严重限制。在此,构建了基于二维 Ti 3 C 2 MXene/Cu 2 O 纳米片 (MCP NS) 的多功能纳米平台 (3-BP@MCG NSs),其中葡萄糖氧化酶 (GOx) 和呼吸抑制剂3-溴丙酮酸( 3- BP)依次嵌入。在该结构中,铜基催化剂Cu 2O 在肿瘤微环境 (TME) 中以酸触发的方式释放 Cu +,从而激活类芬顿反应以催化CDT的• OH 生成。该复合材料在近红外(NIR)区域具有优异的光热性能和高分辨率光声成像(PAI)能力,特别是在NIR照射下,纳米片产生的光热效应加速了催化作用。GOx 是一种天然酶催化剂,用于消耗细胞中的葡萄糖和氧气含量,原位上调 H 2 O 2水平,从而提高CDT的治疗效果。更重要的是,支持的 3-BP 不仅可以减少耗氧量以缓解缺氧水平,还可以通过抑制己糖激酶活性来抑制糖酵解过程并降低 ATP 水平。因此,3-BP@MCG NSs 通过相互促进优化了 MCP NSs、GOx 和 3-BP 的独特性质,实现了自我增强的 PTT/CDT 协同治疗。这项工作建立了一种高效的 PAI 指导综合治疗的新兴策略,并为缺氧缓解和原位H 2 O 2与 NIR 协同增强的合作以提高治疗效率提供了概念证明。
更新日期:2023-01-04
中文翻译:
负载 3-溴丙酮酸的 Ti3C2 MXene/Cu2O 纳米片用于光声成像引导和缺氧缓解增强型光热/化学动力学治疗
化学动力学疗法 (CDT) 是一种创新且有效的治疗方法,它依赖于 Fenton 或 Fenton 样反应,其中内源性 H 2 O 2过量产生被转化为细胞毒性羟基自由基 ( • OH) 以抑制肿瘤生长。然而,CDT 的治疗效率受到反应条件和催化剂性能等不良特性的严重限制。在此,构建了基于二维 Ti 3 C 2 MXene/Cu 2 O 纳米片 (MCP NS) 的多功能纳米平台 (3-BP@MCG NSs),其中葡萄糖氧化酶 (GOx) 和呼吸抑制剂3-溴丙酮酸( 3- BP)依次嵌入。在该结构中,铜基催化剂Cu 2O 在肿瘤微环境 (TME) 中以酸触发的方式释放 Cu +,从而激活类芬顿反应以催化CDT的• OH 生成。该复合材料在近红外(NIR)区域具有优异的光热性能和高分辨率光声成像(PAI)能力,特别是在NIR照射下,纳米片产生的光热效应加速了催化作用。GOx 是一种天然酶催化剂,用于消耗细胞中的葡萄糖和氧气含量,原位上调 H 2 O 2水平,从而提高CDT的治疗效果。更重要的是,支持的 3-BP 不仅可以减少耗氧量以缓解缺氧水平,还可以通过抑制己糖激酶活性来抑制糖酵解过程并降低 ATP 水平。因此,3-BP@MCG NSs 通过相互促进优化了 MCP NSs、GOx 和 3-BP 的独特性质,实现了自我增强的 PTT/CDT 协同治疗。这项工作建立了一种高效的 PAI 指导综合治疗的新兴策略,并为缺氧缓解和原位H 2 O 2与 NIR 协同增强的合作以提高治疗效率提供了概念证明。