Pontos Quânticos de CoFe₂O₄: Terapia Fototérmica/Fotodinâmica Dupla para CPNPC — Induzindo Apoptose via Modulação PI3K/AKT

Resumo

O câncer de pulmão de não pequenas células (CPNPC) tornou-se o segundo tumor maligno mais diagnosticado no mundo. Como nosso interesse de longa data na busca de nanomateriais para desenvolver estratégias de terapias contra o câncer, construímos aqui novos pontos quânticos de CoFe₂O₄ (QDs) com propriedades fototérmicas/fotodinâmicas sinérgicas excepcionais que suprimem eficientemente o CPNPC sem toxicidade aparente. Mostramos que a combinação de CoFe₂O₄-QDs + tratamento NIR induz apoptose de células de CPNPC. Além disso, o tratamento CoFe₂O₄-QDs + NIR também promove a geração de espécies reativas de oxigênio (ROS) para desencadear morte celular através da regulação da via PI3K/AKT. Ademais, o tratamento CoFe₂O₄-QDs + NIR elimina com sucesso xenoenxertos tumorais in vivo sem efeitos tóxicos aparentes. Em conjunto, relatamos que os novos nanomateriais CoFe₂O₄-QDs podem exibir efeito sinérgico aprimorado de terapia fototérmica e fotodinâmica na eliminação de CPNPC sem toxicidade, podendo ser um fotossensibilizador promissor para terapia de CPNPC.

Introdução

O câncer é a principal causa de morte e traz enorme ônus para a família e sociedade, entre os quais o câncer de pulmão ocupa o segundo lugar em diagnóstico e o primeiro em mortes relacionadas ao câncer em 2020. Conforme relatado, o câncer de pulmão de não pequenas células (CPNPC), que representa cerca de 85% de todos os cânceres de pulmão, é caracterizado por alta incidência e mortalidade. Recentemente, apesar das opções cirúrgicas, grande esforço tem sido dado para desenvolver quimioterapias ou imunoterapias para tratar CPNPC. Por exemplo, inibidores de EGFR mutante e inibidores de KRAS provaram ser eficazes e ainda mais novos inibidores de ALK estão em andamento. Inibidores de checkpoint imune anti-PDL1 e anti-CLTA4 também trazem eficácia promissora e prolongam o benefício de sobrevida. No entanto, a taxa de resposta a esses medicamentos difere de paciente para paciente e os efeitos colaterais, especialmente a resistência a medicamentos, não devem ser negligenciados. Portanto, desenvolver novas estratégias terapêuticas, que sejam menos invasivas, é urgente e também uma necessidade para pesquisa e tratamentos clínicos de CPNPC.

Baseado no progresso recente, o uso de nanomateriais para realizar terapia fototérmica (PTT) e terapia fotodinâmica (PDT) tem despertado tremenda atenção e alcançado grande desenvolvimento como estratégia anticancerígena e pode ser uma opção alternativa no tratamento clínico. PTT e PDT baseadas em nanomateriais são caracterizadas por baixa invasão e baixa toxicidade, com pouca chance de induzir resistência a medicamentos. Com a colaboração da luz, principalmente NIR, nanomateriais localizados podem elevar a temperatura dentro do tumor e converter oxigênio em espécies reativas de oxigênio (ROS) citotóxicas, o que causa morte celular para eliminar tumores. Neste contexto, o nanomaterial desempenha um papel chave aqui para influenciar a eficácia e garantir a segurança. Embora tais nanomateriais tenham incluído nanoestruturas metálicas, materiais baseados em carbono, nanopartículas poliméricas (PNPs) ou compostos semicondutores, eles têm suas próprias limitações. Por exemplo, materiais baseados em carbono são caros e têm propriedade de suspensão insatisfatória, o que limita sua aplicação em larga escala e potencial clínico. Portanto, mais tentativas devem ser feitas para gerar nanomateriais mais adequados para uso posterior.

Nos últimos anos, pontos quânticos (QDs), como novos nanomateriais, têm recebido grande atração em aplicações biomédicas devido à sua boa biocompatibilidade, solubilidade e, o mais importante, sua superior fotoestabilidade e fácil propriedade de funcionalização de superfície. Aproveitando essas propriedades, vários relatórios usaram QDs como novos reagentes de PDT e podem ser projetados para serem acompanhados por outras biomoléculas para aumentar a eficácia da PDT no tratamento do câncer. Por exemplo, Meng e colegas relataram um GQD@MnO₂ multifuncional induzido por excitação de dois fótons para melhorar a eficácia da PDT. Além disso, Kuo e colegas geraram QDs dopados com nitrogênio funcionalizados com moléculas de amino, que também aumentaram a eficiência da PDT. Inspirados por essas descobertas interessantes, buscamos desenvolver novos QDs combinados com nanomateriais baseados em metais não nobres que possam trazer efeitos sinérgicos PTT e PDT em um nano-sistema. Por exemplo, nanomateriais baseados em Co são bem estudados como nanomateriais baseados em metais não nobres, conhecidos por serem usados como agentes PTT para terapia ou imagem de tumores. Portanto, sugerimos que o projeto de QDs baseados em Co pode trazer efeitos sinérgicos PTT/PDT aprimorados.

Neste estudo, sintetizamos novos nanomateriais CoFe₂O₄-QDs que exibem efeitos sinérgicos PTT e PDT aprimorados na eliminação de CPNPC sem efeitos tóxicos in vitro e in vivo, o que poderia ser um fotossensibilizador promissor para terapia de CPNPC.

Materiais e Métodos

Síntese de CoFe₂O₄-QDs

Os CoFe₂O₄-QDs foram sintetizados pelo método hidrotérmico. Tipicamente, 0,238 g de CoCl₂·6H₂O e 0,808 g de Fe(NO₃)₃·9H₂O foram dissolvidos em 10 mL de H₂O e 10 mL de mistura de solvente propilenoglicol, e então agitados por 10 min. Então 4 mL de ditranolamina foram adicionados gota a gota na solução, seguido por agitação por 30 min. Em seguida, a pasta obtida foi transferida para um autoclave de aço inoxidável revestido com Teflon de 50 mL. O autoclave foi mantido a 160 ℃ por 3 h em um forno. Os CoFe₂O₄-QDs foram coletados por centrifugação a 8500 rpm por 10 min e então enxaguados sucessivamente com água deionizada e etanol. Reagentes e materiais usados neste estudo podem ser encontrados na Tabela 1.

Caracterização de CoFe₂O₄-QDs

A morfologia e tamanho dos CoFe₂O₄-QDs preparados foram determinados por TEM e sistema EDS. A estrutura cristalina foi analisada por difratômetro de raios X (Bruker Alemanha) equipado com radiação Cu Ka (k = 0,15406 nm). O espectro de absorbância dos CoFe₂O₄-QDs foi detectado por espectrofotômetro SHIMADZU UV-2600. Os estados de valência dos elementos dos CoFe₂O₄-QDs foram determinados por medições de espectroscopia de fotoemissão de raios X (XPS, VG ESCALAB 220I-XL, EUA). A imagem térmica foi registrada com câmera termográfica IR (FLIR E50, EUA).

Cultura Celular

Linhagens celulares de CPNPC NCI-H460 (H460) e A549 e células endoteliais da veia umbilical humana (HUVECs) foram obtidas da ATCC e testadas negativas para microplasma. Células H460 e A549 foram cultivadas em RPMI-1640 suplementado com 10% soro fetal bovino (FBS) e 1% Penicilina-Estreptomicina (Gibco). HUVECs foram cultivadas em meio de crescimento de células endoteliais (Sigma, #211-500). Todas as células foram mantidas em incubadora escura com umidade a 37 ℃ com 5% CO₂.

Detecção de Citotoxicidade

Várias concentrações de trabalho (0,1, 0,5, 1,0, 2,0 mg/mL) de CoFe₂O₄-QDs foram adicionadas e cultivadas com HUVECs por 24 h. Após incubação, o meio de cultura foi trocado e reagente CCK-8 foi adicionado a cada poço seguido por 1 h de incubação. Então, as placas foram medidas a 450 nm com Leitor de Placas Multimodo EnSpire™. A razão de viabilidade celular foi tomada como 100% no controle HUVECs.

Análise de Apoptose

Células H460 e A549 (2 × 10⁵) foram cultivadas em placas de 6 poços durante a noite antes de tratadas com 1,0 mg/mL CoFe₂O₄-QDs combinado com laser NIR de 808 nm por 5 min. Então as células foram lavadas e coradas com kit de apoptose Annexin-V/PI (BD; #556547) seguindo instruções do fabricante. Quanto ao ensaio de apoptose de HUVECs, HUVECs foram incubadas com diferentes concentrações de CoFe₂O₄-QDs. A razão de apoptose foi determinada como descrito acima.

Detecção de ROS Celular

Células H460 e A549 foram cultivadas em placas de 6 poços durante a noite. As células foram incubadas com ou sem 1,0 mg/mL por 1 h e tratadas com laser NIR de 808 nm por 5 min. Após tratamentos, DCFH-DA foi adicionado e incubado por 30 min seguido por detecção FACS com excitação/emissão a 485 nm/535 nm. Quanto ao ensaio de inibição de ROS, inibidor de ROS NAC (Sigma; A7250) foi adicionado conforme instruções do fabricante. Os dados foram quantificados com software Flow-jo.

Análise de Western Blot

Células H460 e A549 foram tratadas como no ensaio de apoptose, e a proteína total da célula foi extraída usando tampão de lise RIPA. A detecção de Western blot foi realizada como descrito antes. Os anticorpos usados neste estudo estão listados abaixo: anticorpo policlonal de coelho anti-Bcl-2 (abcam; ab59348), anticorpo monoclonal de coelho anti-Bax (abcam; ab32503), anticorpo policlonal de coelho anti-P-PI3K (Bio-Vision; 3152-100), anticorpo monoclonal de coelho anti-P-AKT-S473 (CST; 4060S), anticorpo monoclonal de coelho anti-β-Actina (CST; 4970S), anticorpo anti-IgG de coelho HRP-ligado (CST; 7074S). A quantificação foi determinada usando software Image-J.

Estudo In Vivo do Efeito Anti-CPNPC da Combinação de CoFe₂O₄ e Tratamento NIR

Para determinar a capacidade de eliminação tumoral dos CoFe₂O₄-QDs, células H460 foram implantadas subcutaneamente com 50% MatriGel em camundongos NSG (N = 8 cada grupo). Camundongos M-NSG machos de 4-6 semanas foram obtidos da Shanghai Model Organisms (#NM-NSG-001) para todos os experimentos in vivo. Quando o tumor foi visualizado e o volume atingiu quase 5 mm × 5 mm, todos os camundongos foram randomicamente divididos em quatro grupos, denominados Controle, apenas NIR, apenas CoFe₂O₄-QDs e CoFe₂O₄-QDs + NIR, respectivamente. Então camundongos nos grupos apenas CoFe₂O₄-QDs e CoFe₂O₄-QDs + NIR foram injetados intratumoralmente com 50 µL de CoFe₂O₄ (5,0 mg/kg) baseado em nosso trabalho anterior, enquanto grupos Controle e NIR foram injetados com 50 µL de PBS. Após injeção, laser NIR 808 nm (1 W/cm²) foi realizado nos grupos NIR e CoFe₂O₄-QDs + NIR por 10 min, monitorado por equipamento de imagem térmica infravermelha. O volume do tumor foi registrado diariamente e calculado com a fórmula V = comprimento × largura²/2. Uma vez que o diâmetro dos xenoenxertos tumorais nos camundongos restantes atingiu quase 15 mm, os camundongos foram sacrificados e os xenoenxertos tumorais foram fotografados e armazenados para detecção adicional. Todos os experimentos e protocolos com animais foram aprovados pelo Comitê Institucional de Cuidado e Uso de Animais (IACUC) e Comitê de Bem-Estar Animal do Hospital da Universidade de Pequim Shenzhen.

Análise de Coloração H&E e Imunohistoquímica

Para avaliação patológica, os xenoenxertos tumorais (N = 3) foram colhidos um dia após o tratamento em cada grupo e então fixados em formalina tamponada a 10% seguidos de inclusão em parafina para coloração H&E e detecção IHC. Para avaliação de toxicidade in vivo, rim, fígado, pulmão, coração e baço dos camundongos foram extraídos e fixados para avaliação patológica. Para coloração IHC, anticorpo anti-Ki67 (Abcam; ab15580) foi usado. A quantificação de área positiva IHC foi conduzida pelo software Fiji.

Análise Estatística

Para todos os experimentos, "N" representa o número de vezes repetidas ou o número de camundongos usados conforme indicado na legenda da figura. Teste t de Student ou ANOVA de uma via foi usado para comparações estatísticas. P < 0,05 é considerado estatisticamente significativo enquanto "ns" exibe não significativo. P < 0,05, P < 0,01 e P < 0,001 são indicados com "*", "**" e "***" asteriscos, respectivamente. Os dados foram analisados usando GraphPad Prism 5.

Resultados

Características dos Novos CoFe₂O₄-QDs

Primeiramente, construímos os CoFe₂O₄-QDs usando abordagem hidrotérmica que é de baixo custo e simples de realizar. A imagem de TEM dos CoFe₂O₄-QDs foi mostrada na Fig. 1a, apresentando um padrão uniforme e estável com diâmetro em torno de 3,4 nm (Fig. 1b). Os CoFe₂O₄-QDs preparados eram de cor marrom escuro (Fig. 1b) e com excelente solubilidade em água. Além disso, a imagem de TEM de alta resolução (Fig. 1c) exibiu o espaçamento de rede de (222) cerca de 0,242 nm, consistente com os parâmetros cristalinos dos CoFe₂O₄-QDs. Adicionalmente, o espectro de elementos (Fig. 1d) confirmou ainda mais o componente elementar dos CoFe₂O₄-QDs ser Co e Fe, e a razão atômica de Co e Fe foi cerca de 1:2. Esses dados exibiram uma construção bem-sucedida de CoFe₂O₄-QDs para nossa pesquisa posterior.

Detecção de Propriedades Físicas de CoFe₂O₄-QDs

Para determinar as propriedades físicas dos CoFe₂O₄-QDs preparados, realizamos várias detecções após a construção. Com o teste de determinação de absorbância NIR, CoFe₂O₄-QDs mostraram conversão fototérmica adequada de maneira dependente da concentração e os incrementos de temperatura (ΔT) puderam ser ajustados de 0,3 a 18,9 °C (Fig. 2a). Além disso, na concentração de 1,0 mg/mL de CoFe₂O₄-QDs, ao aumentar a potência de radiação NIR de 0,5 a 2,0 W/cm², o ΔT pôde ser ajustado de 0,8 a 24,3 °C (Fig. 2b). Esses dados sugeriram que o desempenho de conversão fototérmica dos CoFe₂O₄-QDs era dependente de sua concentração e da potência de irradiação. Além disso, a estabilidade da conversão fototérmica desencadeada por CoFe₂O₄-QDs foi determinada com irradiação periódica (Fig. 2c). Embora a eficiência calculada de conversão luz-calor fosse 7,18% (Fig. 2d), é suficiente para acompanhar e aprimorar o efeito PDT dos CoFe₂O₄-QDs. Ademais, o maior comprimento de onda que CoFe₂O₄-QDs podem absorver luz é cerca de 808 nm (Fig. 2e, f). Em conjunto, esses dados sugeriram que CoFe₂O₄-QDs poderiam ser desenvolvidos em um agente sinérgico PTT/PDT promissor para terapia alternativa de eliminação de tumores.

Avaliação de Citotoxicidade de CoFe₂O₄-QDs em Células Normais

Como nanopartículas são amplamente usadas como transportadoras de fármacos ou meio intra-tumoral para terapias de tumor, a citotoxicidade dos CoFe₂O₄-QDs em células normais, especialmente células epiteliais vasculares humanas, deve ser confirmada para uso posterior. Portanto, a partir dos resultados anteriores, testamos diferentes concentrações (0,1, 0,5, 1,0 e 2,0 mg/mL) de CoFe₂O₄-QDs. Após co-cultivo com HUVECs (linhagem normal de células epiteliais humanas), reagente CCK-8 foi adicionado para detecção de viabilidade celular. Nenhuma citotoxicidade óbvia foi observada comparada ao grupo controle (Fig. 3a). Neste contexto, ensaio de apoptose adicional foi realizado para alcançar resultados consistentes com as mesmas condições (Fig. 3b). A quantificação da taxa de apoptose indicou nenhuma diferença significativa comparada ao grupo controle (Fig. 3c). Esses dados mostraram que CoFe₂O₄-QDs não tiveram efeito tóxico aparente em células normais, indicando que CoFe₂O₄-QDs têm potencial para serem usados como meio intermediário para entrega de fármacos.

Combinação de NIR e CoFe₂O₄-QDs Induz Apoptose de CPNPC

Para determinar a potencial capacidade de eliminação de câncer CPNPC dos CoFe₂O₄-QDs, irradiação de laser NIR (808 nm) foi realizada combinada com incubação de CoFe₂O₄-QDs in vitro. Então, ensaio de apoptose foi realizado após tratamentos, tanto células H460 quanto A549 revelaram taxa de apoptose agressiva com a combinação de CoFe₂O₄-QDs e laser NIR (Fig. 4a, b). Quantificação mostrou diferença significativa comparada ao grupo controle, enquanto grupos apenas CoFe₂O₄-QDs ou apenas NIR não mostraram diferença, indicando que CoFe₂O₄-QDs mais NIR poderia induzir efeito anti-CPNPC (Fig. 4a, b). É bem conhecido que a alteração do nível de proteína de Bcl-2/Bax é importante para determinar se as células sofreriam apoptose. Consistente com essa ideia, o nível de proteína de Bcl-2 e Bax foi determinado em ambas células H460 e A549 após tratamentos (Fig. 4c, d). Como esperado, os dados também mostraram que a razão de Bcl-2/Bax diminuiu, que foi considerada como marcador de apoptose mediada por mitocôndrias. Portanto, apresentamos que CoFe₂O₄-QDs mais NIR dá origem a efeito anti-CPNPC através da ativação da via de apoptose mediada por mitocôndrias.

Combinação de CoFe₂O₄-QDs e NIR Induz Geração de ROS via Via PI3K/AKT

Disfunção mitocondrial sempre leva a nível upregulado de geração de ROS, que causa morte celular em CPNPC. Neste contexto, realizamos detecção de ROS após tratamento CoFe₂O₄-QDs mais NIR em células H460 e A549. Os resultados mostraram uma imensa liberação de ROS no grupo de combinação, indicando que efeito PDT aprimorado poderia ser induzido por CoFe₂O₄-QDs mesmo com baixa eficiência de transmissão fototérmica (Arquivo adicional 1: Fig. S1A, B). Além disso, o nível de proteína relacionado da via de sinalização PI3K/AKT também foi reduzido, sugerindo que a alteração de ROS foi regulada pela via PI3K/AKT, que leva à alteração do nível de expressão de proteína Bcl-2/Bax (Fig. 4c, d, Arquivo adicional 1: Fig. S1C, D). Para confirmar essa ideia, o inibidor de ROS NAC foi adicionado para reverter o fenômeno (Fig. 5a, b). Então, a expressão de PI3K/AKT foi determinada como resgatada após tratamento com NAC, o que confirmou ainda mais que a liberação de ROS após tratamento CoFe₂O₄-QDs mais NIR foi regulada pela via PI3K/AKT (Fig. 5c, d). Essas descobertas apoiam fortemente a ideia de que a combinação de CoFe₂O₄-QDs e NIR pode levar a efeito sinérgico PTT e PDT na eliminação de células de CPNPC por indução de apoptose dependente de disfunção mitocondrial (ROS).

Avaliação In Vivo do Efeito Anti-CPNPC da Combinação de CoFe₂O₄-QDs e NIR

Baseado nos resultados in vitro, investigamos a seguir o efeito anti-CPNPC da combinação de CoFe₂O₄-QDs e tratamento NIR em modelo de camundongos portadores de tumor CPNPC. Camundongos M-NSG foram implantados subcutaneamente com células H460. Após injeção intratumoral com CoFe₂O₄-QDs, a irradiação de laser NIR causou um rápido aumento de temperatura para cerca de 56 °C sob monitoramento de equipamento de detecção térmica (Fig. 6a, b). Além disso, coloração histopatológica mostrou área de necrose extensa observada no grupo de combinação indicando que o tratamento CoFe₂O₄-QDs mais NIR causou morte de células tumorais como resultado da eliminação do tumor (Fig. 6c, d). Coloração IHC adicional mostrou que a área positiva Ki-67 foi agressivamente reduzida comparada a outros grupos após o tratamento combinacional indicando que os xenoenxertos tumorais tratados não poderiam mais proliferar (Arquivo adicional 2: Fig. S2A, B). Em seguida, acompanhamos por 12 dias após tratamento CoFe₂O₄-QDs e NIR. Como esperado, o tamanho e peso dos xenoenxertos tumorais nos outros grupos cresceram notavelmente mas não no grupo de tratamento CoFe₂O₄-QDs e NIR (Fig. 6e, f), apoiando a ideia que o tratamento combinado CoFe₂O₄-QDs e NIR poderia eliminar completamente os xenoenxertos tumorais in vivo. Quanto ao efeito citotóxico dos CoFe₂O₄-QDs, pelo menos em nosso período de observação, nenhum efeito adverso óbvio foi detectado dos resultados de análise histopatológica dentro de órgãos importantes dos camundongos (Arquivo adicional 2: Fig. S2C). Os dados acima forneceram forte evidência que CoFe₂O₄-QDs poderiam ser desenvolvidos como um novo reagente PTT/PDT para tratamento de CPNPC.

Discussão

Nos últimos anos, a pesquisa de desenvolvimento de estratégias anti-CPNPC alcançou progressos tremendo. Tanto a medicina de precisão visando CPNPC viciado em oncogenes mutantes específicos quanto terapias de bloqueio de checkpoint imune trazem futuro promissor em tratamentos clínicos. No entanto, dada a complexidade e heterogeneidade do microambiente tumoral e risco subjacente de perda de antígeno tumoral, permanece um gargalo reduzir a taxa de resistência a medicamentos seguinte ao status de evasão imune, o que leva a recidiva tumoral em curto tempo. Portanto, buscar novos tratamentos ou meios intermediários para terapias de CPNPC é urgente. Entre as abordagens emergentes, nanomateriais têm sido valorizados e listados na frente como agentes eficazes de eliminação de câncer. Aproveitando suas pequenas dimensões, boas biocompatibilidades e habilidades de transmissão térmica, vários nanomateriais exercem excelentes habilidades de eliminação de câncer em pesquisas recentes.

Em nosso estudo, desenvolvemos novos CoFe₂O₄-QDs que poderiam ser aplicados como meio intermediário para tratamentos de CPNPC via indução de apoptose de células tumorais com efeitos sinérgicos PTT e PDT. Como outros nanomateriais, CoFe₂O₄-QDs exibiram excelentes biocompatibilidades em nossos estudos que mostraram nenhuma toxicidade óbvia em células normais e órgãos maiores. Embora tenhamos encontrado que a taxa de transmissão térmica não é alta como outros nanomateriais, é suficiente para CoFe₂O₄-QDs induzir apoptose de células cancerígenas sob ativação de laser NIR. CoFe₂O₄-QDs mostra boa relação linear com a absorbância de luz neste estudo e potencialmente geram ROS com a combinação de laser NIR, o que prova ainda mais que CoFe₂O₄-QDs podem atuar como fotossensibilizador vantajoso. Em seguida, podemos otimizar ainda mais a estrutura ou adicionar elementos termossensíveis aos CoFe₂O₄-QDs que poderiam atingir uma taxa de transmissão térmica mais alta para melhores efeitos sinérgicos PTT e PDT. Além disso, aplicar fármacos químicos ou anticorpos na superfície dos CoFe₂O₄-QDs também é viável, o que pode trazer eficiência de eliminação superior. Por exemplo, a abordagem de ligar anticorpos anti-PDL1 ou anti-CTLA4 aos CoFe₂O₄-QDs poderia ser uma terapia combinacional promissora na quebra do microambiente imunossupressor dentro dos tumores, que é nosso próximo interesse para fazer pleno uso dos CoFe₂O₄-QDs.

Além disso, o mecanismo dos CoFe₂O₄-QDs na eliminação de CPNPC também foi elucidado neste estudo. Confirmamos que CoFe₂O₄-QDs induziram apoptose de CPNPC principalmente através de secreção de ROS após ativação de laser NIR com efeitos sinérgicos PDT e PTT. Geração excessiva de ROS causa estresse oxidativo de células tumorais e danos diretos no DNA, que por sua vez ativam vias de sinalização downstream, e então induzem morte de células tumorais. Entre os quais, evidências crescentes mostram que a via PI3K/AKT poderia ser regulada por ROS celular e leva a disfunção mitocondrial. Tem sido bem aceito que, upon ativação, AKT é fosforilada por PI3K e portanto inativa a proteína pró-apoptótica Bax e protege células da apoptose. Além disso, AKT fosforilada também é capaz de estabilizar o complexo MDM2/p53, que regula a sobrevivência celular. Neste contexto, o papel de tal via na secreção de ROS induzida por CoFe₂O₄-QDs foi investigado. Como esperado, descobrimos que ROS excessivo causado por CoFe₂O₄-QDs downregulou significativamente a expressão das vias PI3K/AKT e portanto causou apoptose de células tumorais via ativação de Bax mas inativação de proteína Bcl-2. Essa descoberta foi confirmada adicionalmente pela adição de inibidor de ROS, que reverteu a expressão de PI3K/AKT e diminuiu a produção de ROS. Como a via PI3K/AKT é conhecida por regular sobrevivência e morte celular, especialmente em células cancerígenas, entender tais mecanismos dos CoFe₂O₄-QDs na eliminação de CPNPC nos ajudaria a desenvolver mais opções para terapias combinacionais.

Em resumo, para desenvolver novos fotossensibilizadores para terapia alternativa de eliminação de tumores, construímos com sucesso CoFe₂O₄-QDs usando abordagem hidrotérmica de maneira de baixo custo e fácil neste estudo. Os CoFe₂O₄-QDs têm ampla absorbância NIR, boa biocompatibilidade e habilidade de conversão fototérmica. Adicionalmente, comparado a QDs previamente relatados, CoFe₂O₄-QDs exibiram efeito sinérgico PTT/PDT na eliminação de tumores CPNPC, representando um agente multifuncional promissor em fototerapias futuras de CPNPC. Além disso, com irradiação NIR, CoFe₂O₄-QDs poderiam eliminar CPNPC principalmente através de indução de geração de ROS via regulação da expressão Bcl-2/Bax através da via de sinalização PI3K/AKT upstream. Quanto à capacidade de eliminação tumoral in vivo, CoFe₂O₄-QDs combinados com NIR poderiam eliminar completamente xenoenxertos tumorais CPNPC sem efeitos tóxicos óbvios. Essas descobertas provam que CoFe₂O₄-QDs possui aplicações promissoras para ser desenvolvido como um novo reagente de eliminação de CPNPC.

Conclusão

Em suma, CoFe₂O₄-QDs que sintetizamos poderiam exibir efeitos sinérgicos PTT/PDT superiores na supressão de CPNPC induzindo geração de ROS através da regulação da via PI3K/AKT, o que lança luz à pesquisa de mecanismos e aplicações de estabelecimento de novos fotossensibilizadores.

Disponibilidade de Dados e Materiais

Os dados que suportam os achados deste estudo estão disponíveis do autor correspondente mediante solicitação razoável.