Ultrasound-augmented enzyodynamic-Ca2+ overload synergetic tumor nanotherapy

材料科学 超声波 生物医学工程 医学 放射科
作者
Meiqi Chang,Lu Zhang,Tingting Zhang,Yanqiu Duan,Wei Feng,Yang Shaoling,Yu Chen,Zeyu Wang
出处
期刊:Biomaterials [Elsevier]
卷期号:307: 122513-122513 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.biomaterials.2024.122513
摘要

The excessive intracellular Ca2+ can induce oxidative stress, mitochondrial damage and cell apoptosis, which has been extensively explored for tumor therapy. However, the low Ca2+ accumulation originated from Ca2+-based nanosystems substantially weakens the therapeutic effect. Herein, a functional plant polyphenol-appended enzyodynamic nanozyme system CaFe2O4@BSA-curcumin (abbreviation as CFO-CUR) has been rationally designed and engineered to achieve magnified Ca2+ accumulation process, deleterious reactive oxygen species (ROS) production, as well as mitochondrial dysfunction through enzyodynamic-Ca2+ overload synergistic effect. The exogenous Ca2+ released by CaFe2O4 nanozymes under the weakly acidic tumor microenvironment and Ca2+ efflux inhibition by curcumin boost mitochondria-dominant antineoplastic efficiency. The presence of Fe components with multivalent characteristic depletes endogenous glutathione and outputs the incremental ROS due to the oxidase-, peroxidase-, glutathione peroxidase-mimicking activities. The ROS burst-triggered regulation of Ca2+ channels and pumps strengthens the intracellular Ca2+ accumulation. Especially, the exogenous ultrasound stimulation further amplifies mitochondrial damage. Both in vitro and in vivo experimental results affirm the ultrasound-augmented enzyodynamic-Ca2+ overload synergetic tumor inhibition outcomes. This study highlights the role of ultrasound coupled with functional nanozyme in the homeostasis imbalance and function disorder of mitochondria for highly efficient tumor treatment.
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