Gradient Redox-Responsive and Two-Stage Rocket-Mimetic Drug Delivery System for Improved Tumor Accumulation and Safe Chemotherapy

纳米载体 药物输送 PEG比率 化学 生物物理学 聚乙二醇 体内 聚乙烯亚胺 材料科学 纳米技术 生物化学 转染 生物 基因 生物技术 经济 财务
作者
Xiaoxu Jia,Jie He,Luying Shen,Jianzhuang Chen,Zhenyang Wei,Xing Qin,Dechao Niu,Jianlin Shi
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:19 (12): 8690-8700 被引量:60
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.9b03340
摘要

Recent drug delivery nanosystems for cancer treatment still suffer from the poor tumor accumulation and low therapeutic efficacy due to the complex in vivo biological barriers. To resolve these problems, in this work, a novel gradient redox-responsive and two-stage rocket-mimetic drug nanocarrier is designed and constructed for improved tumor accumulation and safe chemotherapy. The nanocarrier is constructed on the basis of the disulfide-doped organosilica-micellar hybrid nanoparticles and the following dual-functional modification with disulfide-bonded polyethylene glycol (PEG) and amido-bonded polyethylenimine (PEI). First, prolonged circulation duration in the bloodstream is guaranteed due to the shielding of the outer PEG chains. Once the nanocarrier accumulates at the tumoral extracellular microenvironment with low glutathione (GSH) concentrations, the first-stage redox-responsive behavior with the separation of PEG and the exposure of PEI is triggered, leading to the improved tumor accumulation and cellular internalization. Furthermore, with their endocytosis by tumor cells, a high concentration of GSH induces the second-stage redox-responsiveness with the degradation of silsesquioxane framework and the release of the encapsulated drugs. As a result, the rocket-mimetic drug carrier displays longer circulation duration in the bloodstream, higher tumor accumulation capability, and improved antitumor efficacy (which is 2.5 times higher than that with inseparable PEG). It is envisioned that the rocket-mimetic strategy can provide new solutions for improving tumor accumulation and safety of nanocarriers in further cancer chemotherapy.

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