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The osteogenic niche-targeted arsenic nanoparticles prevent colonization of disseminated breast tumor cells in the bone

骨转移 转移 化学 癌症研究 医学 间充质干细胞 免疫学 癌症 病理 内科学
作者
Cong Liu,Anzhi Hu,Huijuan Chen,Jing Liang,Mancang Gu,Yang Xiong,Chaofeng Mu
出处
期刊:Acta Pharmaceutica Sinica B [Elsevier]
卷期号:12 (1): 364-377 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.apsb.2021.06.012
摘要

Up to 70% of patients with late-stage breast cancer have bone metastasis. Current treatment regimens for breast cancer bone metastasis are palliative with no therapeutic cure. Disseminated tumor cells (DTCs) colonize inside the osteogenic niches in the early stage of bone metastasis. Drug delivery into osteogenic niches to inhibit DTC colonization can prevent bone metastasis from entering its late stage and therefore cure bone metastasis. Here, we constructed a 50% DSS6 peptide conjugated nanoparticle to target the osteogenic niche. The osteogenic niche was always located at the endosteum with immature hydroxyapatite. Arsenic-manganese nanocrystals (around 14 nm) were loaded in osteogenic niche-targeted PEG-PLGA nanoparticles with an acidic environment-triggered arsenic release. Arsenic formulations greatly reduced 4T1 cell adhesion to mesenchymal stem cells (MSCs)/preosteoblasts (pre-OBs) and osteogenic differentiation of osteoblastic cells. Arsenic formulations also prevented tumor cell colonization and dormancy via altering the direct interaction between 4T1 cells and MSCs/pre-OBs. The chemotactic migration of 4T1 cells toward osteogenic cells was blocked by arsenic in mimic 3D osteogenic niche. Systemic administration of osteogenic niche-targeted arsenic nanoparticles significantly extended the survival of mice with 4T1 syngeneic bone metastasis. Our findings provide an effective approach for osteogenic niche-specific drug delivery and suggest that bone metastasis can be effectively inhibited by blockage of tumor cell colonization in the bone microenvironment.
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