دانشمندان به بهبود درمان‌های تومور مانند گرسنگی درمانی، فتودینامیک درمانی (PDT) و درمان ایمنی ادامه داده‌اند و بر توسعه درمان‌های جدید برای تغییر سناریوی کنونی سرطان جهانی متمرکز شده‌اند.
در یک مطالعه اخیر مواد کاربردی و رابط‌ها، یک بیوراکتور آبشاری سرطانی مبتنی بر نانو با قرار دادن کاتالاز (CAT)، کلر e6 (Ce6) و گلوکز اکسیداز (GOx) در مولکول‌های خودآرایی آلبومین سرم انسانی (HSA) ساخته شد.
یکی از محدودیت های کلیدی استراتژی های مرسوم گرسنگی برای درمان سرطان، ناتوانی در سلول های تومور است که بر سلول های سالم تأثیر منفی می گذارد. اگرچه PDT، که بر اساس فرآیند اکسیداسیون گونه‌های فعال اکسیژن (ROS) است، یک رویکرد غیرتهاجمی قدرتمند برای درمان سرطان است، اما محدودیت‌های متعددی دارد که کارایی آن را مختل می‌کند.
برخی از کاستی‌های PDT که کارایی درمانی آن را کاهش می‌دهد شامل وابستگی به اکسیژن، تمایل به نشت زودرس و ظرفیت بارگذاری ناکارآمد حساس‌کننده نور است. از این رو، توسعه استراتژی‌های درمانی جدید برای بهبود درمان‌های سرطان مهم است.
شرایط نامطلوب برای درمان های مرسوم سرطان، مانند ریزمحیط اسیدی و هیپوکسی، می تواند با واکنش های کاتالیزوری بهبود یابد، که می تواند اثربخشی درمانی را افزایش دهد. کاتالیزور درمانی با استفاده از مواد درون زا غیر سمی همراه است که می تواند به طور موثری سلول های سرطانی را مهار کند.
اگرچه چندین درمان کاتالیزوری، از جمله کاتالیز نانوزیم، درمان شیمی‌دینامیک (CDT) و درمان مبتنی بر آنزیم‌های طبیعی، برای درمان تومور استفاده می‌شوند، این درمان‌ها به خودی خود کارایی را کاهش داده‌اند. در عوض، ترکیب کاتالیزور درمانی با راکتورهای آبشاری مختلف برای بهبود نتایج درمانی دیده شده است.
ادغام منطقی نانومواد به طور قابل ملاحظه ای کارایی درمانی را بهبود بخشیده است. به عنوان مثال، نانومواد سیلیکونی و هیدروژل در راکتورهای آبشاری به عنوان حامل دارو استفاده می‌شوند. با این حال، برخی از نانوذرات مورد استفاده برای درمان آبشاری زیست سازگار نیستند. از این رو، نیاز به یک سرکوبگر تومور زیست سازگار جدید وجود دارد که می تواند با ترکیب درمان های موثر از طریق روش های ساده ایجاد شود.
در گذشته، آنزیم های طبیعی (GOx و CAT) برای ایجاد درمان کاتالیزوری موثر برای سرطان تزریق می شدند. پایداری کوچک و ضعیف و نفوذپذیری ناکارآمد سلولی کاربرد درمانی آنها را محدود کرده است.
اخیراً، دانشمندان بیوراکتورهای آبشاری سرطانی ساخته اند که PDT و درمان گرسنگی را بر اساس روش خودآرایی ناشی از دارو تقویت می کند. در این راستا، GOx و CAT برای به دست آوردن HSA-GOx و HSA-CAT در HSA گنجانده شدند. این ترکیبات از طریق پاکلیتاکسل (PTX) تزریق شدند تا در نهایت ساختار هسته HSA-GOx-CAT-PTX (hGCP) را تشکیل دهند. PTX یک داروی شیمی درمانی است که آبگریز است و به طور موثر با حوزه های آبگریز در HAS تعامل دارد. اندازه hGCP حدود 106 نانومتر و کروی شکل بود.
HSA-chlorin e6 (Ce6) از طریق القای PTX تشکیل شد که اندازه آن حدود 235 نانومتر بود. HSA-Ce6 روی hGCP پوشش داده شد تا ساختار پوسته HSA-GOxCAT-PTX@Ce6 (hGCP@Ce6) برای محافظت از GOx و CAT ایجاد کند. پس از این مرحله، آپتامر AS1411 بر روی سطح ساختار پوسته برای هدف قرار دادن سلول های تومور معرفی شد. متعاقباً، یک راکتور آبشاری HSA-GOx-CAT-PTX@Ce6@AS1411 (hGCP@Ce6@ AS1411) ساخته شد که تقریباً کروی شکل بود.
نقش hGCP@Ce6@AS1411 در درمان تومور
ظرفیت اتصال به نوکلئولین in vitro hGCP@Ce6@AS1411 با استفاده از فلوسایتومتر و میکروسکوپ کانفوکال اسکن لیزری (CLSM) تعیین شد. در این زمینه، نانوذرات پروتئینی خودآرایی hGCP@Ce6@AS1411 با سلول‌های A549 و 4T1 انکوبه شدند و تحت CLSM مورد مطالعه قرار گرفتند.
شدت فلورسانس FAM بر روی سلول های سرطانی 4T1 و سلول های سرطانی A549 که با hGCP@Ce6@AS1411 کشت داده شده بودند، شناسایی شد. این یافته نشان دهنده کارایی hGCP@Ce6@AS1411 در هدف قرار دادن سلول های سرطانی 4T1 با بیان بیش از حد نوکلئولین و همچنین سلول های A549 سرطان ریه انسان است.
در سلول های L02 کنترل، هیچ فلورسانس FAM مشاهده نشد که نشان دهد نانومواد hGCP@ Ce6@AS1411 سلول های طبیعی انسان را هدف قرار نمی دهد. علاوه بر این، سمیت کمتر و حداقل عوارض جانبی hGCP@Ce6@AS1411 نشان داده شد.
واکنش آبشاری hGCP@Ce6@ AS1411 شامل تجزیه گلوکز، کاتالیز CAT و PDT بود. گلوکز نقش مهمی در تسریع تکثیر سلول های سرطانی دارد. از این رو، گرسنگی درمانی را می توان با محدود کردن گلوکز داخل سلولی از طریق GOx اجرا کرد.
عملکرد اصلی GOx مصرف اکسیژن و گلوکز برای تولید اسید گلوکونیک و پراکسید هیدروژن (H2O2) بود. CAT این H2O2 تازه تولید شده و H2O2 درون زا را برای آزاد کردن اکسیژن (O2) تجزیه کرد. این فرآیند کاتالیز گلوکز را تسریع کرد و همچنین تولید 1O2 را تحت تابش لیزر بهبود بخشید. اثر شیمی درمانی به طور قابل ملاحظه ای با انتشار کنترل شده PTX افزایش یافت. وجود آپتامر کارایی درمانی را بهبود بخشید.
برای تعیین اثر درمانی hGCP@Ce6@AS1411 برای حمایت از درمان های تومور، سلول های 4T1 به مدت 10 دقیقه در معرض لیزر 650 نانومتر قرار گرفتند. پس از روشن شدن، نانوذرات اثر کشتن سلول های سرطانی بسیار خوبی از خود نشان دادند. این مطالعه توصیه کرد که hGCP@Ce6@AS1411 با روشنایی قوی‌ترین توانایی کشتن سلول‌های سرطانی را دارد. این یافته از طریق آزمایش‌های in vivo با استفاده از مدل موش حامل تومور 4T1 تأیید شد.
