ICGを担持した金ナノビピラミドは、メラノーマ細胞を対象とした二重PTT-PDT治療の可能性を秘めています

ICG-loaded gold nano-bipyramids with NIR activatable dual PTT-PDT therapeutic potential in melanoma cells.

• Andreea Campu
• Monica Focsan
• Frederic Lerouge
• Raluca Borlan
• Leopold Tie
• Dumitrita Rugina
• Simion Astilean

抄録

非侵襲的で、標的を絞った高効率な治療法の開発を目指して、がん治療アプローチの進展に向けて多くの努力がなされています。その中で、光熱療法（PTT）と光力学療法（PDT）が有望であることが証明されています。本研究では、金ナノバイピラミド（AuBPs）とインドシアニングリーン（ICG）という2つの近赤外（NIR）光活性生体材料の治療活性を1つの標的型ハイブリッドナノシステムに統合し、それぞれを単独で使用した場合と比較して、より高い効率でPTT-PDT療法を行うことができるようにすることを目的としています。まず、異なるアスペクト比のAuBPを用いて、近赤外レーザー照射下で毒性のある活性酸素種である酸素一重項(O)を効率的に発生させる効果について、文献ではあまり研究されていない水溶液中での研究を行った。興味深いことに、9,10-アントラセンジルビス(メチレン)ジマロン酸(ABDA)の光酸化をモニターして測定したAuBPの光力学的活性は重要であり、最も活性の高いAuBPではABDAの吸光度が30%減少しており、これまでに測定された光熱変換効率とよく相関していた。さらに、ICGをプラズモニックナノ粒子のポリ乳酸（PLA）コーティングにグラフトすることに成功し、その結果、設計通りの完全に統合されたハイブリッドナノシステムは、溶液中でのPTT-PDT性能を向上させることができました。具体的には、PTT-PDT活性を同時にトリガーすることで、O量が2倍になり、加熱モニタリングでは、AuBP単独と比較して、より高く、より速い温度上昇を示しています。最後に、葉酸とナノシステムの共有結合により、B16-F10細胞株に対するPTT-PDT複合治療活性の効率性がin vitroで検証されました。

A great amount of effort is directed towards the progress of cancer treatment approaches aspiring to develop non-invasive, targeted and highly efficient therapies. In this context, Photothermal (PTT) and Photodynamic (PDT) Therapies were proven as promising. This work aims to integrate the therapeutic activities of two near-infrared (NIR) photoactive biomaterials - gold nano-bipyramids (AuBPs) and Indocyanine Green (ICG) - into one single targeted hybrid nanosystem able to operate as dual PTT-PDT agent with higher efficiency compared with each one alone. Firstly, different aspect ratio' AuBPs were systematically investigated in water solution for their intrinsic ability to efficiently generate toxic reactive oxygen species, namely oxygen singlet (O), under NIR laser irradiation, as this effect is less investigated in literature. Interestingly, the photodynamic activity of AuBPs measured by monitoring the photooxidation of 9,10-Anthracenediyl-bis(methylene)dimalonic acid (ABDA) - a well-known O sensor, is important, counting for 30 % decrease in ABDA optical absorbance for the most active AuBPs, well-correlating with the previously determined photothermal conversion efficiency. Furthermore, ICG was successfully grafted onto the Poly-lactic acid (PLA) coating of plasmonic nanoparticles and, consequently, the as-designed fully integrated hybrid nanosystem shows improved PTT-PDT performance in solution. Specifically, by triggering simultaneous PTT-PDT activities, the O amount is doubled, while the heating monitoring shows higher and faster increase in temperature compared to AuBPs alone. Finally, the efficiency of the combined PTT-PDT therapeutic activity was validated in vitro against B16-F10 cell line by covalent conjugation of the nanosystem with Folic Acid, which ensures the cellular recognition by overexpression of folate receptor.

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