Repurposing Cyanine Photoinstability To Develop Near-Infrared Light-Activatable Nanogels for In Vivo Cargo Delivery

化学 体内 纳米凝胶 光毒性 光化学 光漂白 药物输送 生物物理学 共价键 荧光 组合化学 纳米技术 有机化学 体外 生物化学 材料科学 量子力学 生物 物理 生物技术
作者
Rodrigo Tapia Hernandez,Michael C. Lee,Anuj K. Yadav,Jefferson Chan
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (39): 18101-18108 被引量:19
标识
DOI:10.1021/jacs.2c08187
摘要

The favorable properties of cyanines (e.g., near-infrared (NIR) absorbance and emission) have made this class of dyes popular for a wide variety of biomedical applications. However, many cyanines are prone to rapid photobleaching when irradiated with light. In this study, we have exploited this undesirable trait to develop NIR-nanogels for NIR light-mediated cargo delivery. NIR-nanogels feature a photolabile cyanine cross-linker (Cy780-Acryl) that can cleave via dioxetane chemistry when irradiated. This photochemical process results in the formation of two carbonyl fragments and concomitant NIR-nanogel degradation to facilitate cargo release. In contrast to studies where cyanines are utilized as photocages, our approach does not require direct chemical attachment to the cargo, thus expanding our ability to deliver molecules that cannot be covalently modified. We showcase this feature by encapsulating a palette of small-molecule chemotherapeutics that feature a structurally diverse chemical architecture. To demonstrate site-selective release in vivo, we generated a murine model of breast cancer. Relative to nonlight irradiated and drug-free controls, treatment with NIR-nanogels loaded with paclitaxel (a potent cytotoxic agent) and NIR light resulted in significant attenuation of tumor growth. Moreover, we show via histological staining of the vital organs that minimal off-target effects are observed.
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