Image-Guided Enhanced PDT/PTT Combination Therapy Using Brominated Hemicyanine-Loaded Folate Receptor-Targeting Ag2S Quantum Dots

Abstract

Les nanoparticules ciblant les tumeurs et les photothérapies sont les deux principales tendances du traitement anticancéreux local spécifique aux tumeurs avec des effets secondaires minimes. Les photosensibilisants organiques (PS) offrent généralement une thérapie photodynamique efficace (PDT), mais nécessitent une solubilité accrue et un ciblage des tumeurs, qui peuvent être fournis par une nanoparticule. Les points quantiques Ag2S émettant dans le proche infrarouge (NIR) peuvent agir comme véhicule de livraison pour le PS, l'agent de suivi NIR et comme agent de photothérapie (PTT). Une combinaison des deux fournit des agents de biphotothérapie luminescents avec une spécificité tumorale et une cytotoxicité améliorée et guidée par l'image en raison de la PDT et de la PTT synergiques. Dans cette étude, l'hémicyanine bromée (Hemi-Br), un photosensibilisant, a été chargée sur des points quantiques Ag2S revêtus de glutathion (GSH) marqués à l'acide folique (FA) pour fournir une phototoxicité accrue via un effet photodynamique et photothermique léger dans les lignées cellulaires cancéreuses du récepteur folate (+) à une irradiation cliniquement pertinente de 640 nm. Les particules finales (AS-GSH-FA/Hemi-Br) avaient une taille hydrodynamique de 75,5 nm, une double émission à la fois à 705 et 910 nm, et une efficacité de conversion lumière-chaleur de 93% sous irradiation laser de 640 nm. Des études de cytotoxicité in vitro ont été menées avec des lignées cellulaires HeLa positives aux récepteurs de folate (FR) et A549 négatives pour différencier l'absorption médiée par les récepteurs. Une phototoxicité accrue sur les cellules HeLa a été observée avec l'AS-GSH-FA/Hemi-Br par rapport aux QD libres de l'Hemi-Br et de l'AS-GSH-FA en raison de l'augmentation de l'absorption du photosensibilisant via le ciblage actif et la thérapie combinée, ce qui est particulièrement visible à la dose sûre d'agents uniques. Après irradiation avec un laser de 640 nm (300 mW, 0,78 W/cm2) pendant 5 min, la viabilité des cellules HeLa a diminué de 64 % à 42 et 25 % lorsqu'elles sont traitées avec Hemi-Br, AS-GSH-FA et AS-GSH-FA/Hemi-Br libres, respectivement. Dans l'ensemble, AS-GSH-FA/Hemi-Br fournit une PDT/PTT améliorée guidée par l'image, qui peut être adoptée pour différentes tumeurs FR(+).Las nanopartículas dirigidas a tumores y las fototerapias son las dos tendencias principales en la terapia local contra el cáncer específica de tumores con efectos secundarios mínimos. Los fotosensibilizadores orgánicos (PS) generalmente ofrecen una terapia fotodinámica (PDT) efectiva, pero requieren una mayor solubilidad y orientación al tumor, que puede ser proporcionada por una nanopartícula. Los puntos cuánticos Ag2S que emiten en el infrarrojo cercano (NIR) pueden actuar como un vehículo de suministro para el PS, el agente de seguimiento NIR y como un agente de fototerapia (PTT). Una combinación de los dos proporciona agentes de fototerapia dual luminiscentes con especificidad tumoral y citotoxicidad guiada por imágenes y mejorada como resultado de PDT y PTT sinérgicos. En este estudio, la hemicianina bromada (Hemi-Br), un fotosensibilizador, se cargó en puntos cuánticos de Ag2S recubiertos con glutatión (GSH)etiquetados con ácido fólico (FA) (AS-GSH QD) para proporcionar una fototoxicidad mejorada a través de un efecto fotodinámico y fototérmico leve en líneas celulares cancerosas del receptor de folato (+) a una irradiación clínicamente relevante de 640 nm. Las partículas finales (AS-GSH-FA/Hemi-Br) tuvieron un tamaño hidrodinámico de 75.5 nm, emisión dual a 705 y 910 nm, y una eficiencia de conversión de luz a calor del 93% bajo irradiación láser de 640 nm. Se realizaron estudios de citotoxicidad in vitro con líneas celulares HeLa positivas para el receptor de folato (FR) y A549 negativas para diferenciar la captación mediada por el receptor. Se observó una mayor fototoxicidad en las células HeLa con AS-GSH-FA/Hemi-Br en comparación con Hemi-Br libre y AS-GSH-FA QD debido a una mayor absorción del fotosensibilizador a través de la orientación activa y la terapia de combinación, que es especialmente visible a la dosis segura de agentes únicos. Tras la irradiación con un láser de 640 nm (300 mW, 0.78 W/cm2) durante 5 min, la viabilidad de las células HeLa disminuyó de 64% a 42 y 25% cuando se trataron con Hemi-Br libre, AS-GSH-FA y AS-GSH-FA/Hemi-Br, respectivamente. En general, AS-GSH-FA/Hemi-Br proporciona PDT/PTT mejorada guiada por imágenes, que puede adoptarse para diferentes tumores FR(+).Tumor-targeting nanoparticles and phototherapies are the two major trends in tumor-specific, local cancer therapy with minimal side effects. Organic photosensitizers (PSs) usually offer effective photodynamic therapy (PDT) but require enhanced solubility and tumor-targeting, which may be provided by a nanoparticle. Near-infrared (NIR)-emitting Ag2S quantum dots may act as a delivery vehicle for the PS, NIR tracking agent, and as a phototherapy (PTT) agent. A combination of the two provides luminescent dual-phototherapy agents with tumor-specificity and image-guided and enhanced cytotoxicity as a result of synergistic PDT and PTT. In this study, brominated hemicyanine (Hemi-Br), a photosensitizer, was loaded onto folic acid (FA)-tagged, glutathione (GSH)-coated Ag2S quantum dots (AS-GSH QDs) to provide enhanced phototoxicity via a photodynamic and mild photothermal effect in folate receptor(+) cancer cell lines at clinically relevant 640 nm irradiation. Final particles (AS-GSH-FA/Hemi-Br) had a hydrodynamic size of 75.5 nm, dual emission at both 705 and 910 nm, and a 93% light-to-heat conversion efficiency under 640 nm laser irradiation. In vitro cytotoxicity studies were conducted with folate receptor (FR)-positive HeLa and -negative A549 cell lines to differentiate receptor-mediated uptake. Enhanced phototoxicity on HeLa cells was observed with AS-GSH-FA/Hemi-Br compared to free Hemi-Br and AS-GSH-FA QDs due to increased uptake of the photosensitizer via active targeting and combination therapy, which is especially visible at the safe dose of single agents. Upon irradiation with a 640 nm (300 mW, 0.78 W/cm2) laser for 5 min, the viability of the HeLa cells decreased from 64% to 42 and 25% when treated with free Hemi-Br, AS-GSH-FA, and AS-GSH-FA/Hemi-Br, respectively. Overall, AS-GSH-FA/Hemi-Br provides image-guided enhanced PDT/PTT, which may be adopted for different FR(+) tumors.الجسيمات النانوية التي تستهدف الأورام والعلاجات الضوئية هما الاتجاهان الرئيسيان في علاج السرطان المحلي الخاص بالورم مع الحد الأدنى من الآثار الجانبية. عادة ما تقدم أجهزة التحسس الضوئي العضوية (PSs) علاجًا ديناميكيًا ضوئيًا فعالًا (PDT) ولكنها تتطلب ذوبانًا محسنًا واستهدافًا للورم، والذي قد يتم توفيره بواسطة جسيم نانوي. قد تعمل النقاط الكمومية التي ينبعث منها Ag2S بالأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR) كوسيلة توصيل لعامل تتبع PS و NIR وكعامل علاج ضوئي (PTT). يوفر مزيج من الاثنين عوامل العلاج الضوئي المزدوج المضيئة مع خصوصية الورم والسمية الخلوية الموجهة بالصور والمعززة نتيجة لتآزر PDT و PTT. في هذه الدراسة، تم تحميل الهيميسيانين المبروم (Hemi - BR)، وهو محسس ضوئي، على خطوط الخلايا السرطانية لمستقبلات حمض الفوليك (+) المغلفة بالجلوتاثيون (GSH) لتوفير سمية ضوئية معززة عبر تأثير ضوئي ديناميكي ضوئي وخفيف في خطوط الخلايا السرطانية لمستقبلات حمض الفوليك (+) عند تشعيع 640 نانومتر ذي الصلة سريريًا. كان للجسيمات النهائية (AS - GSH - FA/Hemi - BR) حجم هيدروديناميكي قدره 75.5 نانومتر، وانبعاث مزدوج عند كل من 705 و 910 نانومتر، وكفاءة تحويل من الضوء إلى الحرارة بنسبة 93 ٪ تحت إشعاع الليزر 640 نانومتر. أجريت دراسات السمية الخلوية في المختبر مع مستقبلات حمض الفوليك (FR)إيجابية هيلا وخطوط خلية A549 سلبية لتمييز الامتصاص بوساطة المستقبلات. لوحظت سمية ضوئية محسنة على خلايا هيلا مع AS - GSH - FA/Hemi - BR مقارنة بـ Hemi - BR و AS - GSH - FA QDs الحرة بسبب زيادة امتصاص المحسس الضوئي عبر الاستهداف النشط والعلاج المركب، والذي يكون مرئيًا بشكل خاص عند الجرعة الآمنة للعوامل الفردية. عند التشعيع باستخدام ليزر 640 نانومتر (300 مللي واط، 0.78 واط/سم 2) لمدة 5 دقائق، انخفضت قابلية خلايا هيلا للحياة من 64 ٪ إلى 42 و 25 ٪ عند علاجها باستخدام Hemi - Br و AS - GSH - FA و AS - GSH - FA/Hemi - BR، على التوالي. بشكل عام، يوفر AS - GSH - FA/HEMI - BR صورة موجهة محسنة PDT/PTT، والتي يمكن اعتمادها لأورام FR(+) مختلفة.