CoFe2O4-Quantum Dots pour la thérapie photothermique/photodynamique synergique du cancer du poumon non à petites cellules via le déclenchement de l'apoptose en régulant la voie PI3K/AKT

Introduction

Le cancer est la principale cause de décès et représente un fardeau énorme pour la famille et la société, parmi lesquels le cancer du poumon se classe au deuxième rang des cancers les plus diagnostiqués et au premier des décès liés au cancer en 2020 [1, 2]. Comme indiqué, le cancer du poumon non à petites cellules (NSCLC), qui représente environ 85 % de tous les cancers du poumon, se caractérise par une incidence et une mortalité élevées [3, 4]. Récemment, malgré les options chirurgicales, de gros efforts ont été déployés pour développer des chimiothérapies ou des immunothérapies pour traiter le CBNPC. Par exemple, les inhibiteurs mutants de l'EGFR et les inhibiteurs de KRAS se sont avérés efficaces et d'autres nouveaux inhibiteurs d'ALK sont en cours [5,6,7,8,9]. Anti-PDL1 et anti-CLTA4, ces inhibiteurs de points de contrôle immunitaires apportent également une efficacité prometteuse et prolongent la survie [10,11,12]. Cependant, le taux de réponse à ces médicaments diffère d'un patient à l'autre et les effets secondaires, en particulier la résistance aux médicaments, ne doivent pas être négligés [13, 14]. Par conséquent, développer de nouvelles stratégies thérapeutiques, moins invasives, est une urgence et également une nécessité pour la recherche et les traitements cliniques du CPNPC.

Sur la base des progrès récents, l'utilisation de nanomatériaux pour effectuer une thérapie photothermique (PTT) et une thérapie photodynamique (PDT) a suscité une attention considérable et a atteint un grand développement en tant que stratégie anticancéreuse et peut être une option alternative dans le traitement clinique [15,16,17, 18]. La PTT et la PDT à base de nanomatériaux se caractérisent par une invasion moindre et une faible toxicité, ce qui a peu de chance d'induire une résistance aux médicaments [19,20,21,22,23]. Avec la collaboration de la lumière, principalement NIR, des nanomatériaux localisés peuvent augmenter la température à l'intérieur de la tumeur et convertir l'oxygène en espèces réactives de l'oxygène (ROS) cytotoxiques, qui provoquent la mort cellulaire afin d'éliminer les tumeurs [24]. Dans ce contexte, le nanomatériau joue ici un rôle clé pour influencer l'efficacité et garantir la sécurité. Bien que ces nanomatériaux aient inclus des nanostructures métalliques [25], des matériaux à base de carbone [26, 27], des nanoparticules polymères (PNP) [28] ou des composés semi-conducteurs [29], ils ont leurs propres limites. Par exemple, les matériaux à base de carbone sont coûteux et ont des propriétés de suspension insatisfaisantes, ce qui limite leur application à grande échelle et leur potentiel clinique. Par conséquent, davantage de tentatives devraient être entreprises pour générer des nanomatériaux plus appropriés pour une utilisation ultérieure.

Ces dernières années, les points quantiques (QD), en tant que nouveaux nanomatériaux, ont suscité un grand attrait dans les applications biomédicales en raison de leur bonne biocompatibilité, solubilité et, plus important encore, de leur photo-stabilité supérieure et de leur propriété de fonctionnalisation de surface facile [30,31,32, 33]. Profitant de ces propriétés, plusieurs rapports ont utilisé les QD comme nouveaux réactifs PDT et peuvent être conçus pour être accompagnés d'autres biomolécules afin d'améliorer l'efficacité de la PDT dans le traitement du cancer. Par exemple, Meng et ses collègues ont signalé un GQD@MnO₂ multifonctionnel induite par une excitation à deux photos pour améliorer l'efficacité de la PDT [34]. De plus, Kuo et ses collègues ont généré des QD dopés à l'azote en les fonctionnalisant avec des molécules amino, ce qui a également amélioré l'efficacité de la PDT [35]. Inspirés par ces découvertes intéressantes, nous avons cherché à développer de nouveaux QD combinés à des nanomatériaux à base de métaux non nobles qui peuvent apporter des effets synergiques PTT et PDT dans un nano-système. Par exemple, le nanomatériau à base de Co est un nanomatériau à base de métal non noble bien étudié, connu pour être utilisé comme agent PTT pour la thérapie ou l'imagerie tumorale [36]. Par conséquent, nous avons suggéré que la conception de QD basés sur Co peut apporter des effets synergiques PTT/PDT améliorés.

Dans cette étude, nous avons synthétisé de nouveaux nanomatériaux CoFe₂ O₄ -QDs qui présente des effets synergiques PTT et PDT améliorés pour tuer le NSCLC sans effets toxiques in vitro et in vivo, ce qui pourrait être un photosensibilisateur prometteur pour la thérapie NSCLC.

Matériel et méthodes

Synthèse de CoFe₂ O₄ -QD

Le CoFe₂ O₄ -Les QD ont été synthétisés par la méthode hydrothermale. Généralement, 0,238 g de CoCl₂ ·6H₂ O et 0,808 g Fe(NO₃ )₃ ·9H₂ O ont été dissous dans 10 mL H₂ O et 10 mL de solvant du mélange de propylène glycol, puis agité pendant 10 min. Ensuite, 4 ml de dithranolamine ont été ajoutés goutte à goutte dans la solution, suivis d'une agitation pendant 30 minutes. Ensuite, la suspension obtenue a été transformée dans un autoclave en acier inoxydable de 50 ml revêtu de téflon. L'autoclave a été maintenu à 160 pendant 3 h dans une étuve. Le CoFe₂ O₄ -Les QD ont été collectés par centrifugation à 8 500 tr/min pendant 10 min puis rincés successivement à l'eau déminéralisée et à l'éthanol. Les réactifs et les matériaux utilisés dans cette étude peuvent être trouvés dans le tableau 1.

Caractérisation du CoFe₂ O₄ -QD

La morphologie et la taille du CoFe₂ préparé O₄ -Les QD ont été déterminés par les systèmes TEM et EDS. La structure cristalline a été analysée par diffractomètre à rayons X (Bruker Allemagne) équipé de rayonnement Cu Ka (k = 0,15406 nm). Le spectre d'absorbance du CoFe₂ O₄ -QDs a été détecté par le spectrophotomètre SHIMADZU UV-2600. Les états de valence des éléments de CoFe₂ O₄ -Les QD ont été déterminés par des mesures de spectroscopie de photoémission aux rayons X (XPS, VG ESCALAB 220I-XL, USA). L'image thermique a été enregistrée avec une caméra thermique IR (FLIR E50, USA).

Culture cellulaire

Les lignées cellulaires NSCLC NCI-H460 (H460) et A549 et les cellules endothéliales de veine ombilicale humaine (HUVEC) ont été obtenues auprès de l'ATCC et testées pour le micro-plasma négatif. Les cellules H460 et A549 ont été cultivées dans du RPMI-1640 additionné de 10 % de sérum bovin fœtal (FBS) et de 1 % de pénicilline-streptomycine (Gibco). Les HUVEC ont été cultivées dans un milieu de croissance de cellules endotheliales (Sigma, #211-500). Toutes les cellules ont été maintenues dans un incubateur de 37 ℃ d'humidité sombre avec 5% de CO₂ .

Détection de cytotoxicité

Diverses concentrations de travail (0,1, 0,5, 1,0, 2,0 mg/mL) de CoFe₂ O₄ -Des QD ont été ajoutés et cultivés avec des HUVEC pendant 24 h. Après incubation, le milieu de culture a été changé et le régent CCK-8 a été ajouté à chaque puits suivi d'une incubation de 1 h. Ensuite, les plaques ont été mesurées à 450 nm avec le lecteur de plaques multimode EnSpire™. Le rapport de viabilité cellulaire a été pris comme 100 % dans les HUVEC témoins.

Analyse de l'apoptose

Cellules H460 et A549 (2 × 10 ⁵ ) ont été cultivés dans des plaques à 6 puits pendant la nuit avant d'être traités avec 1,0 mg/mL de CoFe₂ O₄ -QDs combinés avec un laser NIR de 808 nm pendant 5 min. Ensuite, les cellules ont été lavées et colorées avec le kit d'apoptose Annexin-V/PI (BD ; #556547) en suivant les instructions du fabricant. En ce qui concerne le test d'apoptose des HUVEC, les HUVEC ont été incubés avec différentes concentrations de CoFe₂ O₄ -QDs. Le rapport d'apoptose a été déterminé comme décrit ci-dessus.

Détection ROS cellulaire

Les cellules H460 et A549 ont été cultivées dans des plaques à 6 puits pendant une nuit. Les cellules ont été incubées avec ou sans 1,0 mg/mL pendant 1 h et traitées avec un laser NIR de 808 nm pendant 5 min. Après les traitements, le DCFH-DA a été ajouté et incubé pendant 30 min, suivi d'une détection FACS avec excitation/émission à 485 nm/535 nm. En ce qui concerne le test d'inhibition de ROS, l'inhibiteur de ROS NAC (Sigma ; A7250) a été ajouté conformément aux instructions du fabricant. Les données ont été quantifiées davantage avec le logiciel Flow-jo.

Analyse Western Blot

Les cellules H460 et A549 ont été traitées comme un test d'apoptose, et la protéine cellulaire entière a été extraite à l'aide du tampon de lyse RIPA. La détection par Western blot a été réalisée comme décrit précédemment [37]. Les anticorps utilisés dans cette étude ont été listés ci-dessous :lapin polyclonal anti-Bcl-2 (abcam; ab59348), lapin monoclonal anti-Bax (abcam; ab32503), lapin polyclonal anti-P -PI3K (Bio-Vision; 3152-100), anti-P monoclonal de lapin -AKT-S473 (CST; 4060S), anti-β-actine monoclonal de lapin (CST; 4970S), anticorps anti-IgG de lapin lié à la HRP (CST; 7074S). La quantification a été déterminée à l'aide du logiciel Image-J.

Étude in vivo de l'effet anti-NSCLC de la combinaison de CoFe₂ O₄ et traitement NIR

Pour déterminer la capacité de destruction des tumeurs du CoFe₂ O₄ -QDs, les cellules H460 ont été implantées par voie sous-cutanée avec 50% de MatriGel dans des souris NSG (N = 8 chaque groupe). Des souris M-NSG mâles âgées de 4 à 6 semaines ont été obtenues auprès de Shanghai Model Organisms (#NM-NSG-001) pour toutes les expériences in vivo. Lorsque la tumeur a été visualisée et que le volume a atteint près de 5 mm × 5 mm, toutes les souris ont été réparties au hasard en quatre groupes, nommés Contrôle, NIR uniquement, CoFe₂ O₄ -QDs uniquement et CoFe₂ O₄ -QDs + NIR, respectivement. Puis des souris dans CoFe₂ O₄ -QDs uniquement et CoFe₂ O₄ Le groupe -QDs + NIR a reçu une injection intratumorale de 50 L de CoFe₂ O₄ (5,0 mg/kg) sur la base de nos travaux antérieurs [37], tandis que le groupe Contrôle et NIR a reçu une injection de 50 μL de PBS. Après injection, laser NIR 808 nm (1 W/cm ² ) a été réalisée en NIR et CoFe₂ O₄ -Groupe QDs + NIR pendant 10 min, qui a été surveillé par un équipement d'imagerie thermique infrarouge. Le volume tumoral a été enregistré chaque jour et calculé avec la formule V = longueur × largeur ² /2. Une fois que le diamètre des xénogreffes tumorales chez les souris restantes a atteint près de 15 mm, les souris ont été sacrifiées et les xénogreffes tumorales ont été photographiées et stockées pour une détection plus poussée. Toutes les expérimentations animales et les protocoles ont été approuvés par le comité institutionnel de protection et d'utilisation des animaux (IACUC) et le comité du bien-être animal de l'hôpital de l'université de Pékin à Shenzhen.

Analyse de coloration H&E et immunohistopathologique

Pour le bilan pathologique, les xénogreffes tumorales (N = 3) ont été récoltés un jour après le traitement dans chaque groupe, puis fixés dans du formol tamponné à 10 % après avoir été inclus dans de la paraffine pour la coloration H&E et la détection IHC. Pour l'évaluation de la toxicité in vivo, les reins, le foie, les poumons, le cœur et la rate des souris ont été extraits et fixés pour une évaluation pathologique. Pour la coloration IHC, un anticorps anti-Ki67 (Abcam; ab15580) a été utilisé. La quantification de la zone IHC positive a été réalisée par le logiciel Fidji.

Analyse statistique

Pour toutes les expériences, "N ” représente le nombre de fois répété ou le nombre de souris utilisées comme indiqué dans la légende de la figure. t de l'étudiant -test ou ANOVA à un facteur a été utilisé pour les comparaisons statistiques. P < 0,05 est considéré comme statistiquement significatif tandis que « ns » s'affiche comme non significatif. P < 0,05, P < 0,01 et P < 0,001 sont indiqués par des astérisques « * », « ** » et « *** », respectivement. Les données ont été analysées à l'aide de GraphPad Prism 5.

Résultats

Les caractéristiques du Novel CoFe₂ O₄ -QD

Tout d'abord, nous avons construit le CoFe₂ O₄ -QDs utilisant l'approche hydrothermale qui est peu coûteuse et simple à réaliser. L'image MET de CoFe₂ O₄ -QDs a été montré dans la Fig. 1a, présentant un motif uniforme et stable avec un diamètre d'environ 3,4 nm (Fig. 1b). Le CoFe₂ tel que préparé O₄ -Les QD étaient de couleur brun foncé (Fig. 1b) et avec une excellente solubilité dans l'eau. De plus, l'image MET haute résolution (Fig. 1c) a montré que l'espacement du réseau de (222) est d'environ 0,242 nm, ce qui est cohérent avec les paramètres cristallins de CoFe₂ O₄ -QD [38, 39]. De plus, le spectre d'éléments (Fig. 1d) a confirmé la composante élémentaire du CoFe₂ O₄ -QDs est Co et Fe, et le rapport atomique de Co et Fe était d'environ 1:2. Ces données ont montré une construction réussie de CoFe₂ O₄ -QDs pour nos recherches ultérieures.

Préparation et caractérisation du CoFe₂ O₄ -QDs. un L'image MET représentative du CoFe₂ tel que préparé O₄ -QDs. Barre d'échelle, 20 nm. b Une analyse globale de la taille du CoFe₂ O₄ -QDs avec un diamètre moyen de 3,4 nm. L'encart est la photo numérique représentative du CoFe₂ O₄ -Suspension des QD. c Les franges du réseau des nanocristaux tels que préparés correspondent au CoFe₂ O₄ -Image QDs HRTEM. Barre d'échelle, 2 nm. d Le CoFe₂ tel que préparé O₄ -Les QD présentaient une distribution uniforme de Co, Fe et O. La carte des éléments représentatifs a été affichée

La détection des propriétés physiques du CoFe₂ O₄ -QD

Afin de déterminer les propriétés physiques du CoFe₂ préparé O₄ -QDs, nous avons effectué plusieurs détections après construction. Avec le test de détermination de l'absorbance NIR, CoFe₂ O₄ -Les QD ont montré une conversion photothermique appropriée d'une manière dépendante de la concentration et les incréments de température (ΔT ) peut être ajusté de 0,3 à 18,9 °C (Fig. 2a). De plus, à la concentration de 1,0 mg/mL de CoFe₂ O₄ -QDs, en augmentant la puissance de rayonnement NIR de 0,5 à 2,0 W/cm ² , le T pouvait être réglé de 0,8 à 24,3 °C (Fig. 2b). Ces données suggèrent que les performances de conversion photothermique du CoFe₂ O₄ -QDs dépendait de sa concentration et de la puissance d'irradiation. De plus, la stabilité du CoFe₂ O₄ -La conversion photothermique déclenchée par les QD a été déterminée avec une irradiation périodique (Fig. 2c). Bien que l'efficacité de conversion lumière-chaleur calculée soit de 7,18 % (Fig. 2d), il suffit d'être accompagné pour améliorer l'effet PDT du CoFe₂ O₄ -QDs. De plus, la plus longue longueur d'onde de CoFe₂ O₄ -Les QD peuvent absorber la lumière est d'environ 808 nm (Fig. 2e, f). Ensemble, ces données suggèrent que CoFe₂ O₄ -Les QD pourraient être développés en un agent synergique PTT/PDT prometteur pour une thérapie alternative de destruction des tumeurs.

L'évaluation de la propriété de CoFe₂ O₄ -QDs. un La conversion photothermique du CoFe₂ O₄ -QDs a été déterminé sous différentes concentrations. Les courbes de chauffe sont affichées. b La manière dépendante de l'énergie d'irradiation de CoFe₂ O₄ -Les QD sont affichés à différentes densités de puissance (0,5 à 2,0 W/cm ² ). c CoFe₂ O₄ -Les QD ont une conversion photothermique stable détectée avec 4 cycles d'irradiation continue de chauffage-refroidissement (1,0 W/cm ² ). d L'efficacité du CoFe₂ O₄ -Conversion photothermique QDs. e , f La relation entre la longueur d'onde et l'absorbance du CoFe₂ O₄ -QD

Évaluation de la cytotoxicité du CoFe₂ O₄ -QD vers les cellules normales

Étant donné que les nanoparticules sont largement utilisées comme administration de médicaments ou intra-milieu pour les thérapies tumorales, la cytotoxicité du CoFe₂ O₄ -Les QD envers les cellules normales, en particulier les cellules épithéliales vasculaires humaines, doivent être confirmées pour une utilisation ultérieure. Par conséquent, à partir des résultats précédents, nous avons testé différentes concentrations (0,1, 0,5, 1,0 et 2,0 mg/mL) de CoFe₂ O₄ -QDs. Après co-culture avec des HUVEC (lignée cellulaire épithéliale humaine normale), le réactif CCK-8 a été ajouté pour la détection de la viabilité cellulaire. Aucune cytotoxicité évidente n'a été observée par rapport au groupe témoin (Fig. 3a). Dans ce contexte, d'autres tests d'apoptose ont été effectués pour obtenir des résultats cohérents dans les mêmes conditions (Fig. 3b). La quantification du taux d'apoptose n'a indiqué aucune différence significative par rapport au groupe témoin (Fig. 3c). Ces données ont montré que CoFe₂ O₄ -Les QD n'avaient aucun effet toxique apparent sur les cellules normales, ce qui indiquait que CoFe₂ O₄ -Les QD pouvaient potentiellement être utilisés comme intermédiaires pour l'administration de médicaments.

Évaluation in vitro de la cytotoxicité du CoFe₂ O₄ -QDs vers les cellules normales. un Le test de viabilité cellulaire CCK-8 dans les HUVEC a été réalisé sous différentes concentrations de CoFe₂ O₄ -QDs. La viabilité du groupe témoin a été prise à 100 %. Les données ont été présentées sous forme de moyenne  ± SD, N = 3. b L'apoptose des HUVEC a été déterminée par détection FACS. Des images représentatives des concentrations indiquées sont affichées, N = 3. c La quantification du rapport d'apoptose. Ils sont non significatifs par rapport au groupe témoin. Les données ont été présentées sous forme de moyenne  ± SD

Combinaison de NIR et de CoFe₂ O₄ -QDs induit l'apoptose du NSCLC

Déterminer la capacité potentielle de destruction du cancer du NSCLC du CoFe₂ O₄ -QDs, une irradiation laser NIR (808 nm) a été réalisée en combinaison avec une incubation de CoFe₂ O₄ -QDs in vitro. Ensuite, un test d'apoptose a été effectué après les traitements, les cellules H460 et A549 ont révélé un taux d'apoptose agressif avec la combinaison de CoFe₂ O₄ -QDs et laser NIR (Fig. 4a, b). La quantification a montré une différence significative par rapport au groupe témoin, tandis que CoFe₂ O₄ -Les groupes QD uniquement ou NIR uniquement n'ont montré aucune différence indiquant que CoFe₂ O₄ -QDs plus NIR pourraient induire un effet anti-NSCLC (Fig. 4a, b). Il est bien connu que l'altération du niveau protéique de Bcl-2/Bax est importante pour déterminer si les cellules subiraient une apoptose [40]. Conformément à cette idée, le niveau de protéines de Bcl-2 et de Bax a été déterminé dans les cellules H460 et A549 après les traitements (Fig. 4c, d). Comme elles sont respectées, les données ont également montré que le rapport Bcl-2/Bax diminuait, ce qui était considéré comme le marqueur de l'apoptose médiée par les mitochondries. Par conséquent, nous avons présenté que CoFe₂ O₄ -QDs plus NIR donne lieu à un effet anti-NSCLC en activant la voie de l'apoptose médiée par les mitochondries.

Combinaison in vitro de CoFe₂ O₄ -QDs et NIR induit l'apoptose NSCLC. un , b Les CBNPC H460 et A549 ont été traités avec la combinaison de CoFe₂ O₄ -QDs et laser NIR pendant 5 min. Les cellules apoptotiques ont été évaluées par coloration à l'Annexine-V et détectées par FACS. La quantification est également indiquée respectivement. Les données ont été présentées sous forme de moyenne  ± SD, N = 3. **P < 0,01 vs Contrôle, NIR, CoFe₂ O₄ groupes. c , d Le niveau de protéine de Bcl-2 et Bax ont été déterminés par analyse Western blot dans NCI-H460 et A549 NSCLC après traitement. Des images représentatives sont affichées. La quantification est indiquée après calibrage à l'expression du contrôle interne β-actine. Les données ont été présentées sous forme de moyenne  ± SD, N = 3. *P < 0,05 vs Contrôle, NIR, CoFe₂ O₄ groupes

Combinaison de CoFe₂ O₄ -QDs et NIR induisent la génération de ROS via PI3K/AKT Pathway

Le dysfonctionnement des mitochondries conduit toujours à une augmentation du niveau de génération de ROS, qui provoque la mort cellulaire dans le NSCLC. Dans ce contexte, nous avons effectué une détection ROS après CoFe₂ O₄ -QDs plus traitement NIR dans les cellules H460 et A549. Les résultats ont montré qu'une immense libération de ROS dans le groupe combiné, qui indiquait un effet PDT amélioré pourrait être induite par CoFe₂ O₄ -QDs même avec une faible efficacité de transmission photothermique (Fichier supplémentaire 1 :Fig. S1A, B). De plus, le niveau de protéine associé de la voie de signalisation PI3K/AKT a également été réduit, ce qui suggère que l'altération des ROS était régulée par la voie PI3K/AKT, ce qui conduit à l'altération du niveau d'expression de la protéine Bcl-2/Bax (Fig. 4c, d, fichier supplémentaire 1 :Fig. S1C, D). Pour confirmer cette idée, l'inhibiteur de ROS NAC a été ajouté pour inverser le phénomène (Fig. 5a, b). Ensuite, il a été déterminé que l'expression de PI3K/AKT était récupérée après le traitement par NAC, ce qui a en outre confirmé que la libération de ROS après CoFe₂ O₄ -Le traitement QDs plus NIR était régulé par la voie PI3K/AKT (Fig. 5c, d). Ces résultats soutiennent fortement l'idée que la combinaison de CoFe₂ O₄ -Les QD et NIR peuvent conduire à un effet PTT et PDT synergique pour tuer les cellules NSCLC en induisant une apoptose dépendante du dysfonctionnement des mitochondries (ROS).

La combinaison de CoFe₂ O₄ -QDs et NIR induit la génération de ROS en régulant la voie PI3K/AKT. un , b Les CPNPC NCI-H460 et A549 ont été traités avec le CoFe₂ O₄ -QDs et laser NIR avec ou sans NAC pendant 5 min. Le niveau de ROS a été détecté par FACS et l'intensité de fluorescence moyenne a été quantifiée, respectivement. Les données ont été présentées sous forme de moyenne  ± SD, N = 3. **P < 0,01. c , d Le niveau de protéines de P -PI3K et P -AKT a été déterminé par analyse Western blot. Des images représentatives sont affichées, N = 3

Évaluation anti-NSCLC in vivo de la combinaison de CoFe₂ O₄ -QD et NIR

Sur la base des résultats in vitro, nous avons ensuite étudié l'effet anti-NSCLC du CoFe₂ O₄ -Traitement combiné QDs et NIR sur un modèle de souris porteuses de tumeurs NSCLC. Des souris M-NSG ont été implantées par voie sous-cutanée avec des cellules H460. Après injection intratumorale de CoFe₂ O₄ -QDs, l'irradiation laser NIR a provoqué une élévation rapide de la température jusqu'à environ 56 ° C sous le moniteur de l'équipement de détection thermique (Fig. 6a, b). De plus, la coloration histopathologique a montré une zone de nécrose étendue observée dans le groupe combiné indiquant que CoFe₂ O₄ -QDs plus le traitement NIR a causé la mort des cellules tumorales à la suite de l'élimination de la tumeur (Fig. 6c, d). Une coloration IHC supplémentaire a également montré que la zone positive au Ki-67 était agressivement rétrécie par rapport aux autres groupes après le traitement combiné, indiquant que les xénogreffes tumorales traitées ne pouvaient plus proliférer (Fichier supplémentaire 2 :Fig. S2A, B). Ensuite, nous avons effectué un suivi pendant 12 jours après CoFe₂ O₄ -QDs et traitement NIR. Comme nous nous y attendions, la taille et le poids des xénogreffes tumorales dans d'autres groupes augmentent de manière remarquable, mais pas dans le CoFe₂ O₄ -QDs et groupe de traitement NIR (Fig. 6e, f), soutenant l'idée que CoFe₂ O₄ -Le traitement combiné QDs et NIR pourrait éliminer complètement les xénogreffes tumorales in vivo. Quant à l'effet cytotoxique du CoFe₂ O₄ -QDs, au moins dans notre période d'observation, aucun effet indésirable évident n'a été détecté à partir des résultats de l'analyse histopathologique au sein d'organes importants de souris (Fichier supplémentaire 2 :Fig. S2C). Les données ci-dessus ont fourni des preuves solides que CoFe₂ O₄ -Les QD pourraient être développés en tant que nouveau réactif PTT/PDT pour le traitement du CPNPC.

Évaluation de la destruction tumorale in vivo de la combinaison de CoFe₂ O₄ -QDs et traitement NIR. un Les images thermiques infrarouges représentatives de souris M-NSG portant des xénogreffes tumorales NCI-H460 sont présentées. b La courbe de température montre l'augmentation de la température dans les xénogreffes tumorales sous irradiation NIR. c La coloration pathologique H&E de chaque groupe a été photographiée 1 jour après le traitement. Une nécrose apparente a pu être observée dans le groupe combiné. Des images représentatives sont affichées, N = 3. d La photographie des xénogreffes dans chaque groupe après le sacrifice des souris, N = 5. e , f La courbe de croissance et le poids des xénogreffes tumorales dans chaque groupe ont été enregistrés. Les données ont été présentées sous forme de moyenne  ± SD, N = 5. ***P < 0.001

Discussion

Ces dernières années, la recherche sur le développement de stratégies anti-NSCLC a réalisé des progrès considérables. La médecine de précision ciblant des NSCLC mutants spécifiques dépendants d'oncogènes et les thérapies de blocage des points de contrôle immunitaires offrent un avenir prometteur aux traitements cliniques [41, 42]. Cependant, étant donné la complexité et l'hétérogénicité du microenvironnement tumoral et le risque sous-jacent de perdre l'antigène tumoral, il reste un goulot d'étranglement pour réduire le taux de résistance aux médicaments suite au statut immunitaire évasif, ce qui conduit à une rechute tumorale en peu de temps. Par conséquent, il est urgent de rechercher de nouveaux traitements ou intermédiaires pour les thérapies du CBNPC. Parmi les approches émergentes, les nanomatériaux ont été valorisés et répertoriés comme étant des agents anticancéreux efficaces. Profitant de leur petite taille, de leurs bonnes biocompatibilités et de leurs capacités de transmission thermique, plusieurs nanomatériaux exercent d'excellentes capacités de destruction du cancer dans les recherches récentes [43].

Dans notre étude, nous avons développé un nouveau CoFe₂ O₄ -QDs qui pourraient être appliqués comme intermédiaires pour les traitements du CBNPC via l'induction de l'apoptose des cellules tumorales avec des effets PTT et PDT synergiques. Comme d'autres nanomatériaux, CoFe₂ O₄ -Les QD ont présenté d'excellentes biocompatibilités dans nos études qui n'ont montré aucune toxicité évidente envers les cellules normales et les principaux organes. Bien que nous ayons constaté que le taux de transmission thermique n'est pas élevé par rapport aux autres nanomatériaux, il est suffisant pour le CoFe₂ O₄ -QDs pour induire l'apoptose des cellules cancéreuses sous l'activation du laser NIR. CoFe₂ O₄ -QDs montre une bonne relation linéaire avec l'absorbance de la lumière dans cette étude et génère potentiellement des ROS avec la combinaison du laser NIR, ce qui prouve en outre que CoFe₂ O₄ -Les QD peuvent agir comme photosensibilisateurs avantagés. Nous pouvons ensuite optimiser davantage la structure ou ajouter des éléments thermosensibles au CoFe₂ O₄ -QDs qui pourraient atteindre un taux de transmission thermique plus élevé pour de meilleurs effets PTT et PDT synergiques [44, 45]. De plus, l'application de médicaments chimiques ou d'anticorps sur la surface de CoFe₂ O₄ -Les QD sont également réalisables, ce qui peut apporter une efficacité de destruction supérieure. Par exemple, l'approche consistant à lier des anticorps anti-PDL1 ou anti-CTLA4 au CoFe₂ O₄ -Les QD pourraient être une thérapie combinatoire prometteuse pour briser le microenvironnement immunosuppresseur dans les tumeurs, ce qui est notre prochain intérêt pour une utilisation complète avec CoFe₂ O₄ -QDs.

De plus, le mécanisme de CoFe₂ O₄ -QDs en tuant NSCLC a également été élucidé dans cette étude. Nous avons confirmé que CoFe₂ O₄ -Les QDs ont induit l'apoptose du CBNPC principalement par la sécrétion de ROS après que le laser NIR a activé les effets PDT et PTT synergiques. Une génération excessive de ROS provoque un stress oxydatif des cellules tumorales et cause directement des dommages à l'ADN, qui à leur tour activent les voies de signalisation en aval, puis induisent la mort des cellules tumorales [46, 47]. Parmi celles-ci, de plus en plus de preuves ont montré que la voie PI3K/AKT pourrait être régulée par les ROS cellulaires et entraîner un dysfonctionnement des mitochondries [48, 49]. Il est bien admis que lors de l'activation, AKT est phosphorylée par PI3K et donc inactive la protéine pro-apoptotique Bax et protège les cellules de l'apoptose. De plus, l'AKT phosphorylée est également capable de stabiliser le complexe MDM2/p53, qui régule la survie cellulaire [50]. Dans ce contexte, le rôle d'une telle voie dans le CoFe₂ O₄ -La sécrétion de ROS induite par les QDs a été étudiée. Comme prévu, nous avons constaté que le ROS excessif causé par le CoFe₂ O₄ -Les QD ont considérablement diminué l'expression des voies PI3K/AKT et provoquent donc l'apoptose des cellules tumorales en activant Bax mais en inactivant la protéine Bcl-2. Cette découverte a été confirmée par l'ajout d'un inhibiteur de ROS, qui a inversé l'expression de PI3K/AKT et a diminué la production de ROS. Étant donné que la voie PI3K/AKT est connue pour réguler la survie et la mort des cellules, en particulier dans les cellules cancéreuses, comprendre ces mécanismes de CoFe₂ O₄ -Les QD pour tuer le NSCLC nous aideraient à développer plus d'options pour les thérapies combinées.

En résumé, pour développer de nouveaux photosensibilisateurs pour une thérapie alternative de destruction des tumeurs, nous avons construit avec succès CoFe₂ O₄ -QDs en utilisant l'approche hydrothermale de manière simple et peu coûteuse dans cette étude. Le CoFe₂ O₄ -Les QD ont une large absorbance NIR, une bonne biocompatibilité et une capacité de conversion photothermique. De plus, par rapport aux QD précédemment rapportés, CoFe₂ O₄ -Les QD ont présenté un effet PTT/PDT synergique pour tuer les tumeurs du NSCLC, ce qui représente un agent multifonctionnel prometteur dans d'autres photothérapies du NSCLC. De plus, avec l'irradiation NIR, CoFe₂ O₄ -Les QD pourraient tuer le NSCLC principalement en induisant la génération de ROS via la régulation de l'expression de Bcl-2/Bax via la voie de signalisation PI3K/AKT en amont. Quant à la capacité de tuer les tumeurs in vivo, CoFe₂ O₄ -Les QD combinés au NIR pourraient éliminer complètement les xénogreffes tumorales NSCLC sans effets toxiques évidents. Ces résultats prouvent que CoFe₂ O₄ -QDs possède des applications prometteuses à développer en tant que nouveau réactif de destruction du NSCLC.

Conclusion

Dans l'ensemble, CoFe₂ O₄ -Les QD que nous avons synthétisés pourraient présenter des effets synergiques PTT/PDT supérieurs dans la suppression du NSCLC en induisant la génération de ROS par la régulation de la voie PI3K/AKT, ce qui éclaire la recherche sur les mécanismes et les applications de nouveaux établissements de photosensibilisateurs.

Disponibilité des données et des matériaux

Les données qui appuient les conclusions de cette étude sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.