Adaptation de la toxicité des espèces réactives à l'oxygène à la thérapie tumorale avancée

Introduction

Les espèces réactives de l'oxygène (ROS) sont des atomes ou des groupes contenant de l'oxygène chimiquement actifs, y compris l'oxygène singulet ( ¹ O₂ ), anion superoxyde (O₂ -), radical hydroxyle ( ^· OH) et le peroxyde d'hydrogène (H₂ O₂ ) [1,2,3,4]. Les mitochondries sont le principal lieu de génération de ROS dans la cellule, principalement à travers la chaîne de transport d'électrons, telle que O₂ -·, ^· OH et ¹ O₂ sont tous des sous-produits du métabolisme aérobie [5]. Dans la plupart des cellules, plus de 90 % de l'oxygène est consommé dans les mitochondries et 2 % de l'oxygène est converti en radicaux libres d'oxygène dans la membrane mitochondriale interne et la matrice [5, 6]. Les ROS ont une fonction vitale dans le maintien de l'homéostasie tissulaire, la régulation de la transduction et de la différenciation du signal et la promotion des dommages et de la mort cellulaires. Le niveau de ROS est contrôlé par le système de défense antioxydant cellulaire [7,8,9,10].

Les ROS sont la principale molécule produite au cours du stress oxydatif dans le corps et ont été considérées comme un facteur important dans l'apparition, le développement et la récurrence des tumeurs [11]. Les ROS comprennent des groupes avec des électrons non appariés contenant des atomes d'oxygène et un excès de ROS peut endommager les macromolécules biologiques telles que l'ADN et les protéines dans les tissus. L'augmentation des ROS augmentera le taux de mutation et favorisera la transformation des cellules normales en cellules tumorales. Les ROS peuvent également favoriser la stabilité d'importantes molécules de signal qui entraînent la tumorigenèse et la progression. C'est-à-dire que les ROS ne sont pas seulement un facteur de production tumorale, mais aussi un facteur de détérioration tumorale. Cependant, l'augmentation des ROS dans les cellules tumorales peut provoquer la mort cellulaire, ce qui peut inhiber la croissance ultérieure de la tumeur. Pris ensemble, les ROS peuvent jouer des rôles multiples dans la tumeur [12, 13]. Des effets néfastes et bénéfiques ont été trouvés pour les mécanismes médiés par les ROS avec un succès variable [14,15,16]. Les dernières décennies ont été témoins d'une croissance phénoménale des nanothéranoses liées aux ROS qui émergent comme une direction importante pour la future nanomédecine, impliquant une interaction étroite entre les domaines multidisciplinaires [17, 18]. À cette fin, il est important de déchiffrer la logique entre la génération et l'élimination des ROS pour révolutionner les considérations de conception. Dans ce rapport d'étape, nous présentons d'abord les effets biologiques des ROS. Ensuite, nous discutons des stratégies anti-tumorales basées sur les ROS. Parmi eux, nous soulignons des études récentes pour l'utilisation de la toxicité des ROS comme un outil thérapeutique très efficace pour les tumeurs (Fig. 1).

Représentation schématique du potentiel de transformation de la toxicité en thérapie

Combattre le feu par le feu

Il a été rapporté que les ROS sont associés au développement du cancer et à la mort des cellules cancéreuses. Une fois que la toxicité des ROS peut être bien contrôlée, l'application de nanomédicaments liés aux ROS semble être une approche prometteuse pour les applications thérapeutiques tumorales [7, 19, 20]. Premièrement, un grand nombre d'études sur le mécanisme de toxicité des ROS ont fourni une base solide pour le développement de méthodes de transformation de la toxicité en effets thérapeutiques [5, 6]. De plus, d'un point de vue pratique, de nombreux scientifiques ont déjà démontré la faisabilité de la modification des nanomédicaments pour altérer leurs propriétés physico-chimiques, permettant un contrôle précis du niveau de ROS sur des sites spécifiques. Par conséquent, les nanomédicaments liés aux ROS ont l'immense potentiel d'être un outil thérapeutique indépendant. En effet, certaines études de validation de principe ont déjà spécifiquement abordé ce potentiel.

Les ROS ont favorisé le développement des tumeurs en induisant une mutation de l'ADN et une instabilité génomique ou en tant que molécule signal, accélérant la prolifération, la survie et les métastases des cellules tumorales. Cependant, un excès de ROS augmente le stress oxydatif cellulaire, entraînant des dommages à l'ADN, aux protéines ou aux lipides, et conduit à l'apoptose ou à la nécrose cellulaire [21, 22]. Par conséquent, l'augmentation des ROS dans les cellules tumorales grâce aux nanomédicaments a été appliquée au traitement du cancer clinique. Dans les sections suivantes, nous passerons en revue les approches permettant d'augmenter le niveau de ROS intracellulaire, y compris la thérapie photodynamique (PDT), la thérapie chimiodynamique (CDT) et la radiothérapie (RT) dans le traitement du cancer, facilitant ainsi le développement futur de nouvelles stratégies pour surmonter les limites des thérapies anticancéreuses actuelles basées sur les ROS.

Thérapie photodynamique

Dans un système PDT typique, les photosensibilisateurs (PS), la lumière et l'oxygène sont les trois composants essentiels de la PDT. Le PS est transformé de son état fondamental à son état excité triplet par un état singulet de courte durée à la suite d'une excitation avec une lumière d'une longueur d'onde spécifique, et conduit à générer un excès de ROS cytotoxiques, puis le ROS induit finalement la régression des lésions ciblées [23,24,25]. La figure 2 montre les mécanismes de la PDT :dans les mécanismes de type I, le PS réagit directement avec une molécule organique dans un microenvironnement cellulaire, acquérant un atome d'hydrogène ou un électron pour former un radical, conduisant à la production de ROS et à la dégradation de macromolécules, qui est cytotoxique à la cellule [23]. Dans les mécanismes de type II, le PS à l'état triplet peut soit désintégrer le rayonnement vers l'état fondamental, soit transférer son énergie à l'oxygène moléculaire, qui est unique en tant que triplet dans son état fondamental, conduisant à la formation de ROS cytotoxiques, tels que le singulet. oxygène ( ¹ O₂ ). Malheureusement, en raison de la faible absorption de la lumière dans la fenêtre optique transparente des tissus biologiques, la plupart des PS disponibles tels que la photofrin présentent un faible ¹ O₂ rendements quantiques lorsqu'ils sont excités par la lumière dans la fenêtre photothérapeutique [26]. De plus, l'application de la PDT a été limitée par la faible biodisponibilité des PS, et les faibles niveaux d'oxygène dans les tumeurs peuvent encore diminuer ¹ O₂ fabrication [27, 28]. Par conséquent, la conception et l'exploitation de PS appropriés jouent un rôle essentiel dans la promotion du développement de la PDT. Les nanomatériaux en tant que technique prometteuse pour la PDT qui peuvent surmonter la plupart des limitations des PS traditionnelles. Cette section passe en revue les exemples récents d'augmentation du niveau de ROS intracellulaires pour améliorer la PDT, y compris divers types de nanomatériaux.

Dessin schématique d'une réaction photodynamique typique [23]

Les nanofeuillets de phosphore noir (BP NS) avec des structures de bandes d'énergie uniques génèrent ¹ O₂ sous irradiation lumineuse proche infrarouge (NIR) à 660 nm ; par conséquent, ils peuvent être développés en tant que PS hautement efficaces pour la PDT. De plus, des études ont montré que les BP NS peuvent se dégrader et avoir de bonnes performances de biosécurité [29] (Fig. 3a). Zhang et al. a conçu la nanofeuille hybride BP-PEI/AuNPs, qui a hybridé les NS BP utilisées comme PS inorganiques bidimensionnelles (2D) avec des nanoparticules d'or (AuNP) via du polyétherimide (PEI). Les effets PDT significativement améliorés des nanofeuillets BP-PEI/AuNPs ont entraîné une inhibition efficace de la croissance tumorale à la fois in vitro et in vivo (Fig. 3b) [30]. Yang et al. développé avec succès les points quantiques BP (BPQD) et étudié leur potentiel pour servir d'agents PDT. Les BPQD ont montré une bonne stabilité en milieu physiologique et aucune toxicité observable après conjugaison au PEG. De plus, les BPQD pourraient effectivement générer ¹ O₂ sous irradiation lumineuse. Des études in vitro et in vivo ont démontré que les BPQD présentaient une excellente efficacité antitumorale à travers la PDT (Fig. 3c) [31]. Guo et al. ont rapporté une nouvelle classe de système thérapeutique multimodal basé sur les BP NS. En utilisant la DOX comme médicament modal, BP possédait une capacité de charge médicamenteuse extrêmement supérieure pour la DOX. Sous une lumière proche infrarouge, les BP NS peuvent générer efficacement ¹ O₂ sous irradiation lumineuse NIR. Les propriétés intrinsèques des BP NS leur ont permis de servir simultanément d'agents PDT et PTT efficaces (Fig. 3d) [32].

un Schéma de principe pour l'exfoliation à l'eau de B.P. en vrac. en nanofeuillets ultrafins. b La préparation et la vue schématique de la biofonction de BP-PEI/AuNPs. Dans les cellules cancéreuses, la PTT/PDT améliorée par résonance plasmonique de surface localisée (LSPR) pourrait simultanément améliorer l'hyperthermie et l'oxygène singulet pour la photothérapie du cancer. c Schéma de principe de la synthèse des BPQD et de leur application potentielle en PDT. d Vue générale abrégée du système d'administration de médicaments basé sur la PA pour la photodynamique/photothermique/chimiothérapie synergique du cancer [29,30,31,32]

Les nanoparticules à base d'or ont également été largement étudiées pour l'application en PDT [33]. Hwang et al. ont présenté le premier exemple de la littérature de PDT médiée par des nanomatériaux et ont démontré que lors d'une irradiation par la lumière NIR, les NR Au peuvent médier les effets de la PDT pour détruire complètement la tumeur chez la souris en l'absence de photosensibilisateurs organiques supplémentaires (Fig. 4a) [34]. Chen et al. ont conçu des clustoluminogènes d'or à émission induite par agrégation (AIE-Au) pour obtenir une PDT induite par rayons X à faible dose efficace (X-PDT) avec des effets secondaires négligeables. La luminescence induite par les rayons X a excité les photosensibilisateurs conjugués, entraînant un effet PDT. Les expériences in vitro et in vivo ont démontré que l'AIE-Au déclenchait efficacement la génération de ¹ O₂ avec une réduction de l'ordre de grandeur de la dose de rayons X, permettant un traitement du cancer très efficace (Fig. 4b) [35]. Jiang et al. développé les AuNCs revêtus d'acide dihydrolipoïque (AuNC@DHLA) en tant que PS pour une PDT in vivo efficace. Contrairement au ¹ O₂ (type II) de la plupart des PS classiques, le mécanisme photochimique de AuNC@DHLA impliquait le processus de type I. Avec AuNC@DHLA comme PS, une PDT in vivo très efficace a été réalisée (Fig. 4c) [36].

un Mécanismes de fonctionnement schématiques des effets de thérapie photothermique et photodynamique exercés par Au NR à de faibles doses de lumière. b Diagrammes schématiques du modèle de travail de R-AIE-Au pour la RT et la PDT améliorées induites par les rayons X et guidées par imagerie CT. c Illustration schématique du mécanisme de thérapie anticancéreuse de AuNC@DHLA PDT. AuNC@DHLA peut être internalisé via une endocytose médiée par les cavéoles et s'accumuler dans les lysosomes, où la génération de ROS conduit à la LMP. La MMP modifiée par la suite, la morphologie mitochondriale et la destruction du cytosquelette conduisent finalement à la mort cellulaire. La PDT in vivo a été réalisée avec une irradiation laser NIR fs [34,35,36]

Bien que la PDT ait été appliquée cliniquement ces dernières années, elle n'est pas encore devenue un traitement de première intention. Cela dépend en grande partie de la photosensibilité complexe de la PDT, qui nécessite une coordination fine entre la lumière, le PS et l'oxygène (O₂ ), ce qui limite grandement l'efficacité de la PDT. Ces dernières années, afin d'améliorer l'efficacité de la génération de ROS à médiation PDT, de nombreuses méthodes ont été développées, telles que l'utilisation de nouveaux nanomatériaux comme capteurs de lumière pour augmenter la profondeur de pénétration de la lumière, et l'utilisation de complexes nano-médicaments comme O₂ systèmes d'approvisionnement pour résoudre les tissus tumoraux. Cependant, la relation entre le temps de rétention et la distribution spatiale de l'oxygène fourni par le nanosystème et l'efficacité du nanosystème pour améliorer l'effet anti-tumoral nécessite une étude plus approfondie.

Thérapie chimiodynamique

La thérapie chimiodynamique (CDT) est une nouvelle méthode de traitement du cancer qui utilise la réaction de type Fenton/Fenton entre les métaux et les peroxydes pour générer des radicaux hydroxyles hautement réactifs ( ^· OH) pour obtenir une destruction efficace des cellules tumorales [37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47]. À l'heure actuelle, la principale méthode pour obtenir la CDT consiste à administrer des ions de métaux de transition actifs Fenton, déclenchant ainsi la conversion de H₂ intracellulaire O₂ à ^· OH que d'induire un stress oxydatif et la mort subséquente des cellules cancéreuses par l'oxydation de diverses biomolécules telles que l'ADN et les protéines [13, 16, 46,47,48,49,50,51,52,53]. La réaction de Fenton a été écrite sous la forme Eqs. (1) et (2) [46].

La réaction de Fenton est un processus dans lequel H₂ O₂ réagit avec les ions ferreux pour produire ^· OH avec de fortes propriétés oxydantes. Puisque le contenu de H₂ O₂ dans les tumeurs est significativement plus élevée que dans les tissus normaux, la génération de ^· L'OH basé sur la réaction de Fenton est une solution préférée pour l'utilisation des ROS pour réaliser une thérapie tumorale sélective ; le transport efficace et spécifique des ions ferreux vers les sites tumoraux est devenu un point névralgique de la recherche. Bénéficiant des caractéristiques du microenvironnement acide faible de la tumeur, les nanomatériaux à base de fer sensibles aux acides peuvent permettre une libération sélective d'ions ferreux au niveau des sites tumoraux, ce qui devrait permettre un traitement efficace et spécifique des tumeurs.

À cette fin, Hou et al. développé un agent thérapeutique anticancéreux guidé par IRM commutable basé sur la génération de ROS par Fe₅ C₂ @Fe₃ O₄ NPs. Le Fe₅ C₂ @Fe₃ O₄ Les NP sont sensibles au pH, libérant des ions ferreux dans les environnements tumoraux acides et le Fe ²⁺ déchargé ions disproportionnés le H₂ O₂ qui est surproduit au niveau des sites tumoraux pour générer ^· OH pour une thérapie tumorale efficace (Fig. 5a) [54]. De plus, ils ont des propriétés magnétiques élevées, ce qui est bénéfique car ils permettent la visualisation de l'agrégation tumorale par ciblage magnétique et IRM pondérée en T2. L'orientation efficace de la tumeur et la génération de ROS ont été confirmées par des expériences in vitro et in vivo, qui ont montré une excellente efficacité thérapeutique avec une faible toxicité. De plus, la dissolution de Fe₅ C₂ @Fe₃ O₄ Les NP dans la région à faible pH réduisent le signal T2 sur l'IRM et la libération d'ions ferreux augmente le signal T1, fournissant une thérapie tumorale supervisée par IRM. Ces Fe₅ C₂ @Fe₃ O₄ Les NP sont le paradigme pionnier de l'application du carbure de fer pour la régression tumorale basée sur la catalyse sélective de la réaction de Fenton sans avoir besoin d'un apport d'énergie externe, fournissant une stratégie visible pour une thérapie tumorale efficace et spécifique (Fig. 5b). Dans un autre exemple, Shi et al. a exploré un nanocatalyseur à structure métal-organique contenant du fer [MOF(Fe)] en tant qu'imitateur de la peroxydase est utilisé pour catalyser la génération de ^· hautement oxydants Les radicaux OH spécifiquement dans les cellules cancéreuses, tandis que la chloroquine est appliquée pour désacidifier les lysosomes et inhiber l'autophagie, coupant la voie d'autoprotection sous un stress oxydatif sévère (Fig. 5c). Les cellules cancéreuses ne parviennent pas à extraire leurs composants pour se détoxiquer et se renforcer, succombant finalement aux dommages oxydatifs induits par les ROS au cours de la thérapie nanocatalytique. Les résultats in vitro et in vivo ont démontré qu'une telle approche thérapeutique combinatoire entraîne des effets antinéoplasiques remarquables, qui peuvent, espérons-le, être utiles à la conception de schémas thérapeutiques à l'avenir [55].

un Un diagramme de Fe₅ C₂ @Fe₃ O₄ NP pour Fe ²⁺ sensible au pH libération, génération ROS et conversion de signal T2/T1. b Changement de modèle d'IRM dépendant du pH de PEG/Fe₅ C₂ @Fe₃ O₄ nanoparticules. c Illustration schématique de la chimie des matériaux sous-jacents et du concept thérapeutique :le MOF (Fe) catalyse des réactions de type Fenton dans les cellules cancéreuses pour convertir le H₂ intrinsèque non toxique O₂ en hautement oxydant ^· OH, qui attaque et inactive les protéines et les organites ambiants et conduit à leur accumulation aberrante. d Schéma de la procédure de synthèse et du nanosystème de structures cuivre-métal-organique sensibles à l'hypoxie pour une meilleure thérapie contre le cancer [54, 55, 65]

Outre la production de ROS médiée par des ions fer ou des NP à base de fer, d'autres ions métalliques, tels que Mn ²⁺ , Cu ²⁺ , Ag ⁺ et Pt ²⁺ , ainsi que leurs NP correspondantes, montrent également une activité de type Fenton [56,57,58,59,60,61,62,63,64]. Zhang et al. ont rapporté des nanoparticules de cuivre métal-organique (Cu-MOF NPs) que des clusters de cuivre pontés par des ligands organiques chargés de sonosensibilisateurs chlore e6 (Ce6), qui montrent une bonne accumulation tumorale, libèrent à la demande de nombreux Cu ²⁺ et Ce6 en réponse à l'hypoxie TME, réalisant une thérapie chimiodynamique/sonodynamique appauvrie en glutathion (GSH) (CDT/SDT) (Fig. 5d) [65]. Dans le détail, les NP de Cu-MOF de grande taille ont été efficacement accumulées dans la tumeur via un effet de perméabilité et de rétention améliorés (EPR), et l'hypoxie TME a déclenché la dégradation des NP de Cu-MOF pour libérer le Cu ²⁺ et Ce6 et pénétration profonde de la tumeur. Le redox entre Cu ²⁺ libre et GSH intracellulaire de haut niveau, entraînant une déplétion en GSH et réduisant le Cu ²⁺ à Cu ⁺ . Le Cu ⁺ La réaction catalytique de type Fenton montre une activité catalytique élevée et une spécificité dans le TME faiblement acide, qui présente une cytotoxicité pour les cellules cancéreuses. L'épuisement du GSH et le TSD médié par Ce6 ont encore amélioré l'efficacité de la thérapie. Les résultats in vivo ont montré que les NP Cu-MOF ont tué le cancer de manière sélective et efficace avec une spécificité élevée et une invasivité minimale.

Ces dernières années, la CDT a fait des progrès rapides dans le domaine de la thérapie tumorale, mais le processus de transformation clinique présente encore des défis. Par exemple, une série de défis tels que la synthèse reproductible en masse de nanomatériaux, la biosécurité des nanomatériaux, les critères d'évaluation des effets thérapeutiques des nanomatériaux et les principes biologiques plus profonds, nécessitent encore les efforts concertés de chercheurs de plusieurs disciplines pour les résoudre.

Radiothérapie

La radiothérapie (RT) est l'une des méthodes les plus utilisées dans le traitement du cancer et joue un rôle très important dans le traitement du cancer [66]. RT, tire parti des rayonnements ionisants de haute intensité pour supprimer la prolifération tumorale sans restriction de profondeur, au cours de laquelle il peut induire des dommages à double brin de l'ADN en générant des espèces cytotoxiques réactives de l'oxygène (ROS) produites par l'ionisation de l'eau environnante [66,67 ,68,69]. Par conséquent, pour augmenter les dommages cellulaires induits par les rayonnements ionisants pendant la radiothérapie, une génération adéquate de ROS est essentielle pour induire des dommages à l'ADN double brin en réagissant avec l'ADN et en supprimant considérablement la reconstruction de l'ADN double brin brisé [70]. La RT utilise principalement des rayonnements ionisants pour irradier les tissus tumoraux afin de détruire l'ADN des cellules cancéreuses en générant de grandes quantités d'oxygène réactif cytotoxique (ROS) [71]. L'ionisation peut provoquer la rupture des liaisons atomiques et moléculaires, et les ruptures double brin de l'ADN sont actuellement considérées comme la principale cause de mort cellulaire. Cependant, certains types de tumeurs ou même des zones intratumorales peuvent être moins sensibles aux effets anticancéreux de la RT, en raison de mécanismes tels que l'hypoxie pendant le traitement et la reprolifération accélérée des cellules tumorales, qui peuvent conduire à l'agrégation de cellules tumorales qui survivent à la RT. Liu et al. développé les NP PFC@PLGA-RBCM, dans lesquels le noyau PFC peut dissoudre de grandes quantités d'oxygène (O₂ ) et le revêtement de la membrane des globules rouges (RBCM) permettrait d'étendre considérablement la circulation sanguine de ces nanoparticules. Les NP PFC@PLGA-RBCM pourraient fournir efficacement O₂ à la tumeur après administration intraveineuse, soulageant ainsi considérablement l'hypoxie tumorale et améliorant significativement l'efficacité du traitement de la RT (Fig. 6a) [72]. Zhao et al. a conçu un GdW10@CS NPs pour une radiosensibilisation améliorée de la RT dans les tumeurs hypoxiques. Les NP GdW10@CS utilisent simultanément le GdW10@CS comme radiosensibilisateur externe pour déposer une dose de rayonnement et effacer le GSH intracellulaire pour une génération de ROS plus efficace. et l'ARNsi HIF-1α en tant que méthode de stimulation interne pour inhiber la réparation de l'ADN double brin afin de réaliser un effet de radiosensibilisation de la radiothérapie. l'ARNsi HIF-1α comme stimulus interne pour inhiber la réparation de l'ADN double brin et obtenir les effets radiosensibilisateurs de la RT (Fig. 6b) [73].

un Schéma de mécanisme des NPs PFC@PLGA-RBCM pour le traitement RT. b Représentation schématique du GdW10@CS NP pour une efficacité de radiosensibilisation efficace de la RT contre les cellules tumorales hypoxiques. c Nanosensibilisateurs ciblant les mitochondries TiO2 (Gd)-TPP NPs pour la radiothérapie afin de déclencher l'accumulation mitochondriale de ROS. d Schéma de principe de la synthèse de NP@PVP avec le bismuth et le promédicament cisplatine et le mécanisme d'efficacité renforcée de la chimio-radiothérapie sous irradiation aux rayons X

Afin d'augmenter les dommages cellulaires induits par les rayonnements ionisants en radiothérapie, il est essentiel de pouvoir générer suffisamment de ROS, qui peuvent induire des dommages à l'ADN double brin en réagissant avec l'ADN et inhiber fortement le remodelage de l'ADN double brin cassé [74 ,75,76]. Des études récentes ont montré que l'augmentation du niveau de ROS dans les cellules tumorales pendant la RT peut considérablement améliorer l'efficacité de la RT et réduire la dose de radiothérapie, réduisant ainsi la destruction non sélective des cellules normales et les effets secondaires systémiques graves sur les organes voisins. Par exemple, Tang et al. développé un ciblage mitochondrial, un nanosensibilisateur de dioxyde de titane dopé au Gd appelé TiO₂ (Gd)-TPP NPs pour une RT efficace. Parce que le nanosensibilisateur a une grande section efficace photoélectrique pour les rayons X, il peut produire efficacement des ROS. Les résultats expérimentaux ont démontré que les nanosensibilisateurs ciblés sur les mitochondries pouvaient réduire considérablement la dose de traitement et améliorer l'efficacité anti-tumorale. Cette stratégie peut fournir une méthode efficace et universelle pour améliorer la radiosensibilité tumorale dans le futur traitement clinique du cancer (Fig. 6c) [77]. Zhan et al. construit une plateforme de nano-coordination (NP@PVP) pour les précurseurs du nitrate de bismuth et du cisplatine, à savoir un radiosensibilisateur. Le bismuth dans NP@PVP peut sensibiliser la RT en augmentant la production de ROS et en améliorant les dommages à l'ADN après irradiation aux rayons X dans les cellules tumorales. NP@PVP avait un rapport d'amélioration de la sensibilisation plus élevé (SER était de 2,29) et une meilleure capacité d'ablation de la tumeur par rapport au cisplatine (SER était de 1,78) (Fig. 6d) [78].

Par conséquent, de nombreuses études ont montré que la stratégie de génération de ROS médiée par la nanomédecine pour atteindre la sensibilisation à la RT a un grand potentiel anticancéreux dans la RT et a de bonnes perspectives d'application clinique. Avec le développement de la biologie moléculaire des tumeurs, la recherche et la compréhension de la sensibilisation à la radiothérapie en nanomédecine devraient approfondir la biologie moléculaire et le niveau des gènes, puis un mécanisme d'explication plus essentiel et universel de la sensibilisation à la radiothérapie devrait être proposé. Par conséquent, il est nécessaire de renforcer la recherche sur le mécanisme de sensibilisation par radiothérapie à base de nanomatériaux qui favorisent la production d'espèces réactives de l'oxygène. Ceci peut non seulement clarifier le mécanisme de radiosensibilisation des nanomatériaux, et fournir une base pour son application dans le domaine biologique; il aide également à mieux comprendre l'interaction entre la nanomédecine, les rayons à haute énergie et les tissus biologiques, améliorant ainsi la structure et les performances de la nanomédecine. L'élargissement du champ d'application, la découverte de nouveaux domaines d'application, la réduction des effets toxiques et secondaires, etc. ont une importance capitale.

Conclusions et Outlook

Cette revue vise à révéler et à résoudre les effets thérapeutiques de la toxicité causée par les ROS. Afin de promouvoir le changement du rôle des espèces réactives de l'oxygène des facteurs pathogènes aux facteurs thérapeutiques, et de faciliter une conversion thérapeutique réussie, nous devons considérer le principe de sa toxicité et concevoir des nanosystèmes liés aux ROS.

Les ROS ont joué un rôle important dans le processus de la vie, et des niveaux élevés de ROS peuvent causer des dommages oxydatifs aux biomolécules cellulaires, entraînant la mort cellulaire. On peut utiliser sa toxicité pour traiter selon son mécanisme d'action pour obtenir l'effet de « like cures like ». Par conséquent, les stratégies de traitement des tumeurs basées sur les ROS sont très prometteuses. Ces dernières années, de nombreuses études ont été consacrées au développement de nanomatériaux de régulation intégrée des ROS et de nombreuses stratégies ont été développées pour résoudre les problèmes existants dans la thérapie par modulation redox. Cette mini-revue a résumé le développement et l'application de divers nanosystèmes liés aux ROS pour le traitement des tumeurs ces dernières années, implique le traitement de la toxicité induite par les ROS et propose quelques principes de base et clés pour la conception de nanosystèmes liés aux ROS. Bien que le développement de la thérapie régulant les ROS ait fait des progrès significatifs ces dernières années, la conception de nanosystèmes liés aux ROS en est encore à ses balbutiements et de nombreux défis restent à résoudre. La PDT utilise des photosensibilisateurs pour générer des ROS afin de tuer les cellules tumorales sous activation lumineuse. Cependant, l'hypoxie tumorale et la profondeur de pénétration limitée de la lumière limitent son développement. Par rapport à la PDT, la CDT est une stratégie de traitement émergente qui utilise des réactions biochimiques pour produire des ROS pour tuer les cellules tumorales, qui ne dépendent ni de l'oxygène moléculaire (O₂ ) ni source de lumière externe, permettant à la thérapie chimiodynamique d'éviter les défauts majeurs de la thérapie photodynamique [79,80,81,82,83,84,85,86,87]. Malgré son grand potentiel thérapeutique, la technologie CDT en reste à ses balbutiements. La RT est le principal traitement clinique pour divers types de cancers, et jusqu'à 50 % des patients atteints de cancer reçoivent cette modalité de traitement. La RT peut tuer efficacement les cellules cancéreuses en détruisant le double brin d'ADN, mais le mécanisme d'auto-réparation de l'ADN dans les cellules cancéreuses limite fortement son effet thérapeutique. De plus, l'insensibilité des tumeurs hypoxiques à la RT et les effets secondaires inévitables aux doses thérapeutiques limitent également son efficacité.8 10 Parallèlement, les tissus normaux peuvent également être lésés comme les tissus cancéreux en raison de l'absorption non sélective des rayons X. Par conséquent, il existe des problèmes majeurs causés par RT qui doivent être surmontés avec de grands efforts. Les radiosensibilisateurs à haute efficacité sont des facteurs importants pour améliorer l'efficacité de la RT, et il est très important de concevoir de nouveaux radiosensibilisateurs efficaces pour améliorer l'absorption des rayons X, obtenant ainsi un effet thérapeutique efficace en dessous de la dose sûre.

Généralement, seule la PDT ou la CDT, le traitement par RT ne permet pas d'éliminer complètement les tumeurs, en particulier pour les tumeurs métastatiques. Il est possible de développer des nanomédicaments intelligents qui peuvent être utilisés en synergie avec plusieurs méthodes de traitement et peuvent obtenir des effets de traitement synergiques. Des nanosystèmes liés aux ROS qui sont bénéfiques et peuvent continuellement conduire à des thérapies avancées. À l'avenir, les chercheurs doivent encore continuer à développer des nanomatériaux nano-réactifs intelligents liés à l'oxygène pour amplifier sélectivement le stress oxydatif dans les cellules tumorales qui peut induire la mort des cellules tumorales.

Disponibilité des données et des matériaux

Non applicable.

Abréviations

ROS :

Espèces réactives de l'oxygène

¹ O₂ :

Oxygène singulet

O₂ - :

Anion superoxyde

^· OH :

Radical hydroxyle

H₂ O₂ :

Peroxyde d'hydrogène

PDT :

Thérapie photodynamique

CDT:

Chemodynamic therapy

RT:

Radiation therapy

PSs:

Photosensitizers

O₂ :

Oxygen