Therapeutic potentials of FexMoyS-PEG nanoparticles in colorectal cancer: a multimodal approach via ROS-ferroptosis-glycolysis regulation
- 1. Peking University People's Hospital
- 2. Peking University
Description
Abstract Improving cancer therapy by targeting the adverse tumor microenvironment (TME) rather than the cancer cells presents a novel and potentially effective strategy. In this study, we introduced Fe x Mo y S nanoparticles (NPs), which act as sequential bioreactors to manipulate the TME. Fe x Mo y S NPs were synthesized using thermal decomposition and modified with polyethylene glycol (PEG). Their morphology, chemical composition, and photothermal properties were characterized. The capability to produce ROS and deplete GSH was evaluated. Effects on CRC cells, including cell viability, apoptosis, and glycolysis, were tested through various in vitro assays. I n vivo efficacy was determined using CRC-bearing mouse models and patient-derived xenograft (PDX) models. The impact on the MAPK signaling pathway and tumor metabolism was also examined. The Fe x Mo y S NPs showed efficient catalytic activity, leading to increased ROS production and GSH depletion, inducing ferroptosis, and suppressing glycolysis in CRC cells. In vivo, the NPs significantly inhibited tumor growth, particularly when combined with NIR light therapy, indicating a synergistic effect of photothermal therapy and chemodynamic therapy. Biosafety assessments revealed no significant toxicity in treated mice. RNA sequencing suggested that the NPs impact metabolism and potentially immune processes within CRC cells. Fe x Mo y S NPs present a promising multifaceted approach for CRC treatment, effectively targeting tumor cells while maintaining biosafety. The nanoparticles exhibit potential for clinical translation, offering a new avenue for cancer therapy.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
يقدم تحسين علاج السرطان من خلال استهداف البيئة المصغرة للورم الضار بدلاً من الخلايا السرطانية استراتيجية جديدة وربما فعالة. في هذه الدراسة، قدمنا الجسيمات النانوية Fe x Mo yS (NPs)، والتي تعمل كمفاعلات حيوية متسلسلة للتلاعب بـ TME. تم تصنيع الجسيمات النانونية من الحديد × الموليبدينوم باستخدام التحلل الحراري وتعديلها باستخدام البولي إيثيلين جلايكول (PEG). تم تمييز خصائصها المورفولوجية والتركيب الكيميائي والحرارية الضوئية. تم تقييم القدرة على إنتاج ROS واستنفاد GSH. تم اختبار التأثيرات على خلايا CRC، بما في ذلك حيوية الخلايا، موت الخلايا المبرمج، وتحلل السكر، من خلال فحوصات مختلفة في المختبر. تم تحديد فعالية الجسم الحي باستخدام نماذج الماوس الحاملة لـ CRC ونماذج الطعم الأجنبي المشتقة من المريض (PDX). كما تم فحص التأثير على مسار إشارات MAPK واستقلاب الورم. أظهرت الجسيمات النانونية للحديد والحديد نشاطًا تحفيزيًا فعالًا، مما أدى إلى زيادة إنتاج ROS واستنفاد GSH، مما أدى إلى تدلي الحديد، وقمع تحلل السكر في خلايا CRC. في الجسم الحي، أعاقت الجسيمات النانونية بشكل كبير نمو الورم، خاصة عند دمجها مع العلاج بالضوء القريب من الأشعة تحت الحمراء، مما يشير إلى تأثير تآزري للعلاج بالضوء الحراري والعلاج الكيميائي الديناميكي. كشفت تقييمات السلامة الأحيائية عن عدم وجود سمية كبيرة في الفئران المعالجة. يشير تسلسل الحمض النووي الريبوزي إلى أن الجسيمات النانونية تؤثر على عملية التمثيل الغذائي والعمليات المناعية المحتملة داخل خلايا الخلايا السرطانية. تقدم الجسيمات النانونية للحديد والصلب نهجًا واعدًا متعدد الأوجه لعلاج سرطان الثدي، ويستهدف الخلايا السرطانية بشكل فعال مع الحفاظ على السلامة الأحيائية. تُظهر الجسيمات النانوية إمكانات للترجمة السريرية، مما يوفر وسيلة جديدة لعلاج السرطان.Translated Description (French)
Résumé L'amélioration du traitement du cancer en ciblant le microenvironnement tumoral indésirable (TME) plutôt que les cellules cancéreuses présente une stratégie nouvelle et potentiellement efficace. Dans cette étude, nous avons introduit des nanoparticules de Fe x Mo y S (NP), qui agissent comme des bioréacteurs séquentiels pour manipuler le TME. Les NP Fe x Mo y S ont été synthétisées par décomposition thermique et modifiées avec du polyéthylène glycol (PEG). Leur morphologie, leur composition chimique et leurs propriétés photothermiques ont été caractérisées. La capacité à produire des ROS et à appauvrir le GSH a été évaluée. Les effets sur les cellules du CCR, y compris la viabilité cellulaire, l'apoptose et la glycolyse, ont été testés par divers tests in vitro. L'efficacité in vivo a été déterminée à l'aide de modèles murins porteurs de CRC et de modèles de xénogreffe (PDX) dérivés du patient. L'impact sur la voie de signalisation MAPK et le métabolisme tumoral a également été examiné. Les NP Fe x Mo y S ont montré une activité catalytique efficace, conduisant à une augmentation de la production de ROS et de l'appauvrissement en GSH, induisant une ferroptose et supprimant la glycolyse dans les cellules CRC. In vivo, les NP ont significativement inhibé la croissance tumorale, en particulier lorsqu'elles sont combinées à la luminothérapie NIR, indiquant un effet synergique de la thérapie photothermique et de la thérapie chimiodynamique. Les évaluations de biosécurité n'ont révélé aucune toxicité significative chez les souris traitées. Le séquençage de l'ARN a suggéré que les NP ont un impact sur le métabolisme et potentiellement sur les processus immunitaires au sein des cellules CRC. Les NP Fe x Mo y S présentent une approche prometteuse à multiples facettes pour le traitement du CCR, ciblant efficacement les cellules tumorales tout en maintenant la biosécurité. Les nanoparticules présentent un potentiel de traduction clinique, offrant une nouvelle voie pour le traitement du cancer.Translated Description (Spanish)
Resumen Mejorar la terapia contra el cáncer al dirigirse al microambiente tumoral adverso (TME) en lugar de a las células cancerosas presenta una estrategia novedosa y potencialmente efectiva. En este estudio, introdujimos nanopartículas (NP) de Fe x Mo y S, que actúan como biorreactores secuenciales para manipular el TME. Las NP de Fe x Mo y S se sintetizaron mediante descomposición térmica y se modificaron con polietilenglicol (PEG). Se caracterizó su morfología, composición química y propiedades fototérmicas. Se evaluó la capacidad de producir ROS y agotar GSH. Los efectos sobre las células de CCR, incluida la viabilidad celular, la apoptosis y la glucólisis, se probaron a través de varios ensayos in vitro. La eficacia in vivo se determinó utilizando modelos de ratón con CRC y modelos de xenoinjerto derivado del paciente (PDX). También se examinó el impacto en la vía de señalización de MAPK y el metabolismo tumoral. Las NP de Fe x Mo y S mostraron una actividad catalítica eficiente, lo que condujo a un aumento de la producción de ROS y al agotamiento de GSH, induciendo la ferroptosis y suprimiendo la glucólisis en las células de CRC. In vivo, las NP inhibieron significativamente el crecimiento tumoral, particularmente cuando se combinaron con la terapia de luz NIR, lo que indica un efecto sinérgico de la terapia fototérmica y la terapia quimiodinámica. Las evaluaciones de bioseguridad no revelaron toxicidad significativa en los ratones tratados. La secuenciación del ARN sugirió que las NP afectan el metabolismo y los procesos potencialmente inmunitarios dentro de las células del CCR. Las NP de Fe x Mo y S presentan un enfoque multifacético prometedor para el tratamiento del CCR, que se dirige eficazmente a las células tumorales mientras mantiene la bioseguridad. Las nanopartículas exhiben potencial para la traducción clínica, ofreciendo una nueva vía para la terapia contra el cáncer.Files
s12951-024-02515-3.pdf
Files
(8.0 MB)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:c0a1ef2cccadd36c8c759b8b35484cb4
|
8.0 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الإمكانات العلاجية للجسيمات النانوية FexMoyS - PEG في سرطان القولون والمستقيم: نهج متعدد الوسائط عن طريق تنظيم تحلل السكر ROS - ferroptosis - glycolysis
- Translated title (French)
- Potentiels thérapeutiques des nanoparticules FexMoyS-PEG dans le cancer colorectal : une approche multimodale via la régulation de la ROS-ferroptose-glycolyse
- Translated title (Spanish)
- Potenciales terapéuticos de las nanopartículas de FexMoyS-PEG en el cáncer colorrectal: un enfoque multimodal a través de la regulación de ROS-ferroptosis-glicólisis
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4396972157
- DOI
- 10.1186/s12951-024-02515-3
References
- https://openalex.org/W1972861065
- https://openalex.org/W2049102610
- https://openalex.org/W2076598575
- https://openalex.org/W2105531708
- https://openalex.org/W2114570899
- https://openalex.org/W2129824771
- https://openalex.org/W2139328007
- https://openalex.org/W2154458783
- https://openalex.org/W2516768540
- https://openalex.org/W2546719732
- https://openalex.org/W2764028271
- https://openalex.org/W2776167628
- https://openalex.org/W2794350466
- https://openalex.org/W2809388839
- https://openalex.org/W2938932754
- https://openalex.org/W2980555276
- https://openalex.org/W3004310656
- https://openalex.org/W3015804616
- https://openalex.org/W3022682847
- https://openalex.org/W3048960233
- https://openalex.org/W3086396309
- https://openalex.org/W3088589624
- https://openalex.org/W3108799745
- https://openalex.org/W3135842515
- https://openalex.org/W3142108902
- https://openalex.org/W3168836614
- https://openalex.org/W3182517402
- https://openalex.org/W3185965919
- https://openalex.org/W3198675921
- https://openalex.org/W3204726384
- https://openalex.org/W3207762080
- https://openalex.org/W4206841660
- https://openalex.org/W4210498051
- https://openalex.org/W4211168195
- https://openalex.org/W4214669832
- https://openalex.org/W4220717410
- https://openalex.org/W4224057531
- https://openalex.org/W4256298802
- https://openalex.org/W4281719093
- https://openalex.org/W4306391391
- https://openalex.org/W4306946959
- https://openalex.org/W4311049905
- https://openalex.org/W4313890738
- https://openalex.org/W4318478298
- https://openalex.org/W4320517828
- https://openalex.org/W4362505682
- https://openalex.org/W4379599781
- https://openalex.org/W4388015800
- https://openalex.org/W4388033470