Bioresponsive Nanoparticles Boost Starvation Therapy and Prevent Premetastatic Niche Formation for Pulmonary Metastasis Treatment

材料科学 纳米颗粒 利基 饥饿 癌症研究 纳米技术 转移 生物物理学 癌症 生物 医学 内科学 生物化学
作者
Yanran Xing,Liang Yu,Jingqian Li,Yecheng Tang,Junmei Zhang,Rui Yang,Hui Tang,Hongliang Qian,Dechun Huang,Wei Chen,Yinan Zhong
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (39): 51798-51806 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsami.4c11686
摘要

In the process of tumor metastasis, tumor cells can acquire invasion by excessive uptake of nutrients and energy and interact with the host microenvironment to shape a premetastatic niche (PMN) that facilitates their colonization and progression in the distal sites. Pyruvate is an essential nutrient that engages in both energy metabolism and remodeling of the extracellular matrix (ECM) in the lungs for PMN formation, thus providing a target for tumor metastasis treatment. There is a paucity of strategies focusing on PMN prevention, which is key to metastasis inhibition. Here, we design a bioresponsive nanoparticle (HP/GU) based on a disulfide-cross-linked hyperbranched polyethylenimine (D-PEI) core and a hyaluronic acid (HA) shell with a reactive oxygen species (ROS)-sensitive cross-linker between them to encapsulate glucose oxidase (GOX) and a mitochondrial pyruvate carrier (MPC) inhibitor via electrostatic interaction, which reinforces starvation therapy and reduces PMN formation in the lungs via inhibiting pyruvate metabolism. In tumor cells, GOX and MPC inhibitors can be rapidly released and synergistically reduce the energy supply of tumor cells by consuming glucose and inhibiting pyruvate uptake to decrease tumor cell invasion. MPC inhibitors can also reduce ECM remodeling by blocking cellular pyruvate metabolism to prevent PMN formation. Consequently, HP/GU achieves an efficient inhibition of both primary and metastatic tumors and provides an innovative strategy for the treatment of tumor metastases.
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