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Photoacoustic imaging-guided triple-responsive nanoparticles with tumor hypoxia relief for improving chemotherapy/ photothermal/photodynamic synergistic therapy against breast cancer - 17/06/23

Doi : 10.1016/j.biopha.2023.114928 
Changxiang Yu a, b, c, 1, Lihui Kong d, 1, Juan Tian e, Ying Zhang a, b, c, Xintao Jia a, b, c, Wenli Dang a, b, c, Bin Xing a, b, c, Qingqing Zhang a, b, c, Xiaochen Pang e, Zheming Hu a, b, c, Bei Jia a, b, c, Jiachen He a, b, c, Zhi-Ming Zhang d, Zhidong Liu a, b, c, e,
a State Key Laboratory of Component-Based Chinese Medicine, Tianjin University of Traditional Chinese Medicine, Tianjin, 301617, China 
b Engineering Research Center of Modern Chinese Medicine Discovery and Preparation Technique, Ministry of Education, Tianjin University of Traditional Chinese Medicine, Tianjin 301617, China 
c Haihe Laboratory of Modern Chinese Medicine, Tianjin 301617, China 
d Institute for New Energy Materials and Low Carbon Technologies, School of Materials Science & Engineering, Tianjin University of Technology, Tianjin 300384, China 
e Binhai New Area Hospital of Traditional Chinese Medicine, Fourth Teaching Hospital of Tianjin University of Traditional Chinese Medicine, Tianjin 300451, China 

Corresponding author at: State Key Laboratory of Component-Based Chinese Medicine, Tianjin University of Traditional Chinese Medicine, Tianjin, 301617, China.State Key Laboratory of Component-Based Chinese Medicine, Tianjin University of Traditional Chinese MedicineTianjin301617China

Abstract

Chemo-photothermal/photodynamic synergistic therapy is a new effective cancer treatment method to overcome the limitations of single chemotherapy. However, the limited low photothermal conversion efficiency, the hypoxic tumor microenvironment, and premature leakage of the drug constrain their clinical applications. To address these challenges, an all-in-one biodegradable polydopamine-coated UiO-66 framework nanomedicine (DUPM) was developed to co-deliver the drug doxorubicin hydrochloride (DOX) and the excellent photothermal material MoOx nanoparticles (NPs). The results showed that DUPM exhibited good physicochemical stability and efficiently accumulated tumor tissues under pH-, glutathione-, and NIR-triggered drug release behaviour. Of note, the synthesized MoOx NPs endowed DUPM with self-supporting oxygen production and generated more reactive oxygen species (1O2 and·OH), besides, it induces Mo-mediated redox reaction to deplete excessive glutathione thus relieving tumor hypoxia to enhance PDT, further improving synergistic therapy. Meanwhile, DUPM showed strong absorption in the near-infrared range and high photothermal conversion efficiency at 808 nm (51.50%) to realize photoacoustic imaging-guided diagnosis and treatment of cancer. Compared with monotherapy, the in vivo anti-tumor efficacy results showed that DUMP exerted satisfactory tumor growth inhibition effects (94.43%) with good biocompatibility. This study provides a facile strategy to develop intelligent multifunctional nanoparticles with tumor hypoxia relief for improving synergistic therapy and diagnosis against breast cancer.

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Graphical Abstract




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Highlights

A novel MoOx-based multifunctional nanoparticles DUPM with tumor hypoxia relief for improving synergistic therapy.
DUPM triggered on-demand drug release by the triple response (pH/GSH/NIR) to reduce normal tissue damage.
DUPM can deplete high levels of GSH in the tumor microenvironment and generate more ROS (1O2 and·OH).
DUPM provided a promising strategy for precise diagnosis and treatment.

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Keywords : Photoacoustic imaging, Synergistic therapy, Tumor hypoxia, UiO-66 framework, Controlled release, Photothermal therapy


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