Melanin Nanoparticle-Actuated Redox-State Perturbation and Temporally Photoactivated Thermal Stress for Synergistic Tumor Therapy

氧化应激 氧化还原 活性氧 谷胱甘肽 生物物理学 化学 抗氧化剂 黑色素 光化学 生物化学 生物 有机化学
作者
Hanyin Zhu,Yongyi Qu,Shuai Wang,Jixi Huang,Jing Zhu,Lu Wang,Kaiyong Cai,Jixi Zhang
出处
期刊:ACS Biomaterials Science & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:8 (9): 3944-3956 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsbiomaterials.2c00614
摘要

The elevation of antioxidant defense systems by adaptation response to localized reactive oxygen species (ROS) accumulation may confer resistance to excessive oxidative stress and cause therapeutic lethality. Herein, a highly effective tumor therapy is developed through perturbation in cellular redox homeostasis. Specifically, metal-ion-assisted oxidation polymerization of the melanin precursor (l-DOPA) whose carboxyl groups exert a charge-shielding effect leads to the formation of catechol-rich but quinone-deficient nanoparticles (NPs). These NPs possess appreciable ROS-scavenging ability, and particularly the raised quinone group levels in oxidized products can then trigger subsequent depletion of antioxidative species (GSH) and, in turn, the redox-cycle consumption of catechol/quinone groups. After incubating with cells, varying degrees of redox-state and energy metabolism fluctuations with time (∼6 h) are observed, where ROS/GSH levels rebound to a maximum peak (up to ∼280%) higher than the normal redox state after hitting the bottom within a short time (1 h). Notably, systematically triggered redox stress response can sensitize cells to an extremely endangered metastable state. The synergy of temporally photoactivated thermal stress can produce overwhelming oxidative stress, thus leading to significant inhibition of cancer cells. This work established a new paradigm of redox perturbator-based programed and combined cancer therapy.
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