Tumor Microenvironment-Responsive Yolk–Shell NaCl@Virus-Inspired Tetrasulfide-Organosilica for Ion-Interference Therapy via Osmolarity Surge and Oxidative Stress Amplification

活性氧 细胞内 化学 生物物理学 谷胱甘肽 细胞凋亡 癌细胞 细胞生物学 生物化学 癌症 生物 遗传学
作者
Yang Li,Jinyan Lin,Peiyuan Wang,Fukai Zhu,Ming Wu,Qiang Luo,Yun Zhang,Xiaolong Liu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (5): 7380-7397 被引量:44
标识
DOI:10.1021/acsnano.1c09496
摘要

Ion-interference therapy, which utilizes ions to disturb intracellular biological processes, provides inspiration for tumor therapy. Artificially reversing osmotic pressure by transporting large amounts of physiological ions to tumor cells is a straightforward yet low-toxic strategy for ion-interference therapy. However, it is hard to achieve due to the serious limitations of single-ion delivery. Herein, we skillfully deliver NaCl nanocrystals to tumor sites and sequentially realize the explosive release of Na+/Cl– inside tumor cells by utilizing a virus-mimicking and glutathione (GSH)-responsive hollow mesoporous tetrasulfide-bridged organosilica (ssss-VHMS). Once the ssss-VHMS-wrapped NaCl nanocrystals (NaCl@ssss-VHMS) accumulate in the tumors, they would rapidly invade tumor cells via spike surface-assisted endocytosis, thus bypassing Na+/K+-ATPase transmembrane ion transporters. Afterward, the intracellular overproduced GSH of tumor cells would trigger the rapid degradation of ssss-VHMS via thiol–tetrasulfide exchange, which could not only remarkably deplete the GSH but also explosively release the Na+/Cl–, leading to the osmolarity surge accompanied by reactive oxygen species (ROS) generation. The cell swelling, ROS storm, and GSH exhaustion of NaCl@ssss-VHMS effectively eradicated tumor cells by caspase-1-dependent pyroptosis, caspase-3-dependent apoptosis, and GPX4-dependent ferroptosis, respectively, thus synergistically inhibiting tumor growth. We believe that NaCl@ssss-VHMS would be a potential cancer therapeutic agent, and this discovery could provide a perspective for exploring synergistic ion-interference therapy.
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