Titik Kuantum CoFe₂O₄: Terapi Fototermal/Fotodinamis Dual untuk NSCLC—Menginduksi Apoptosis melalui Modulasi PI3K/AKT

Abstrak

Kanker paru-paru tidak seluler (NSCLC) telah menjadi tumor ganas yang paling banyak didiagnosis kedua di dunia. Sebagai minat jangka panjang kami dalam mencari nanomaterial untuk mengembangkan strategi terapi kanker, kami di sini membangun titik kuantum (QDs) CoFe₂O₄ baru dengan properti sinergis fototermal/fotodinamis yang luar biasa yang menekan NSCLC secara efisien tanpa toksisitas yang terlihat. Kami menunjukkan bahwa kombinasi CoFe₂O₄-QDs + perawatan NIR menginduksi apoptosis sel NSCLC. Selain itu, perawatan CoFe₂O₄-QDs + NIR juga mempromosikan generasi spesies reaktif oksigen untuk memicu kematian sel melalui pengaturan jalur PI3K/AKT. Selain itu, perawatan CoFe₂O₄-QDs + NIR berhasil menghilangkan xenograft tumor in vivo tanpa efek toksis yang terlihat. Secara keseluruhan, kami melaporkan bahwa nanomaterial baru CoFe₂O₄-QDs dapat menunjukkan efek sinergis terapi fototermal dan fotodinamis yang ditingkatkan dalam pembunuh NSCLC tanpa toksisitas, yang dapat menjadi fotosensitizer yang menjanjikan untuk terapi NSCLC.

Pendahuluan

Kanker adalah penyebab utama kematian dan membebani keluarga serta masyarakat, di mana kanker paru-paru menempati posisi kanker yang paling banyak didiagnosis kedua dan pertama dari kematian terkait kanker pada 2020 [1, 2]. Seperti yang dilaporkan, NSCLC, yang sekitar 85% dari semua kanker paru-paru, ditandai dengan insidensi dan mortalitas yang tinggi [3, 4]. Akhir-akhir ini, meskipun opsi bedah, upaya besar telah diberikan untuk mengembangkan kemoterapi atau imunoterapi untuk mengobati NSCLC. Misalnya, inhibitor EGFR-mutant dan KRAS telah terbukti efektif dan masih ada inhibitor ALK baru yang sedang berjalan [5,6,7,8,9]. Anti-PDL1 dan anti-CLTA4, seperti inhibitor titik pemeriksaan imun juga membawa efektivitas yang menjanjikan dan memperpanjang manfaat kelangsungan hidup [10,11,12]. Namun, tingkat respons terhadap obat-obatan ini bervariasi dari pasien ke pasien dan efek samping, terutama resistensi obat, tidak boleh diabaikan [13, 14]. Oleh karena itulah, untuk mengembangkan strategi terapi baru, yang lebih tidak invasif, adalah mendesak dan juga keharusan untuk penelitian dan pengobatan klinis NSCLC.

Berdasarkan perkembangan terbaru, penggunaan nanomaterial untuk melakukan terapi fototermal (PTT) dan terapi fotodinamis (PDT) telah menarik perhatian besar dan mencapai perkembangan yang luar besar sebagai strategi anti-kanker dan mungkin menjadi opsi alternatif dalam pengobatan klinis [15,16,17,18]. PTT dan PDT berbasis nanomaterial ditandai dengan invasi yang lebih rendah dan toksisitas rendah, yang dengan sedikit kemungkinan untuk menginduksi resistensi obat [19,20,21,22,23]. Dengan kolaborasi cahaya, sebagian besar NIR, nanomaterial terlokalisasi dapat meningkatkan suhu dalam tumor dan mengonversi oksigen menjadi spesies reaktif oksigen (ROS) sitotoksik, yang menyebabkan kematian sel untuk menghilangkan tumor [24]. Dalam konteks ini, nanomaterial memainkan peran kunci untuk mempengaruhi efektivitas dan menjamin keamanan. Meskipun nanomaterial ini telah mencakup struktur logam [25], material berbasis karbon [26, 27], nanopartikel polimer (PNPs) [28] atau senyawa semiconductor [29], mereka memiliki keterbatasan masing-masing. Misalnya, material berbasis karbon mahal dan memiliki properti suspensi yang tidak memuaskan, yang membatasi aplikasinya dalam skala besar dan potensi klinis. Oleh karena itulah, lebih banyak upaya harus dialokasikan untuk menghasilkan nanomaterial yang lebih cocok untuk penggunaan lebih lanjut.

Tahun-tahun terakhir, titik kuantum (QDs), sebagai nanomaterial baru, telah menerima perhatian besar dalam aplikasi medis karena kompatibilitas bio yang baik, kelerengaan dan yang paling penting stabilitas foto yang unggul serta properti fungsionalisasi permukaan yang mudah [30,31,32,33]. Mengambil keuntungan dari properti ini, beberapa laporan telah menggunakan QDs sebagai reagen PDT baru dan dapat dirancang untuk disertai dengan biomolekul lain untuk meningkatkan efektivitas PDT dalam pengobatan kanker. Misalnya, Meng dan rekan-rekan melaporkan GQD@MnO₂ multifungsi yang diinduksi oleh eksitasi dua-foto untuk meningkatkan efektivitas PDT [34]. Selain itu, Kuo dan rekan-rekan menghasilkan QDs dopted nitrogen dengan fungsionalisinya dengan molekul amino, yang juga meningkatkan efisiensi PDT [35]. Terinspirasi oleh temuan menarik ini, kami berusaha mengembangkan QDs baru yang digabungkan dengan nanomaterial berbasis logam non-mulia yang mungkin membawa efek sinergis PTT/PDT dalam satu sistem nano. Misalnya, nanomaterial berbasis Co adalah nanomaterial berbasis logam non-mulia yang telah banyak diteliti, yang dikenal digunakan sebagai agen PTT untuk terapi tumor atau citra [36]. Oleh karena itulah, kami menyarankan bahwa merancang QDs berbasis Co mungkin membawa efek sinergis PTT/PDT yang ditingkatkan.

Dalam studi ini, kami menyintesis nanomaterial baru CoFe₂O₄-QDs yang menunjukkan efek sinergis PTT dan PDT yang ditingkatkan dalam pembunuh NSCLC tanpa efek toksis in vitro dan in vivo, yang dapat menjadi fotosensitizer yang menjanjikan untuk terapi NSCLC.

Material dan Metode

Sintesis CoFe₂O₄-QDs

CoFe₂O₄-QDs disintesis melalui metode hidrotermal. Biasanya, 0,238 g CoCl₂·6H₂O dan 0,808 g Fe(NO₃)₃·9H₂O dilarutkan dalam 10 mL H₂O dan 10 mL propilena glikol pelarut campuran, dan kemudian diaduk selama 10 menit. Kemudian 4 mL dithranol amine ditambahkan ke dalam larutan tetes demi tetes, diikuti dengan pengadukan selama 30 menit. Kemudian selari yang dihasilkan ditransfer ke autoclave stainless Teflon-lined 50 mL. Autoclave dipelihara pada 160 ℃ selama 3 jam dalam oven. CoFe₂O₄-QDs dikoleksi dengan sentrifugasi pada 8500 rpm selama 10 menit dan kemudian dicuci dengan air deionisasi dan etanol secara berurutan. Reagen dan bahan yang digunakan dalam studi ini dapat ditemukan dalam Tabel 1.

Karakterisasi CoFe₂O₄-QDs

Morfologi dan ukuran CoFe₂O₄-QDs yang disiapkan ditentukan oleh TEM dan sistem EDS. Struktur kristal dianalisis oleh difraktometer sinar-X (Bruker Jerman) yang dilengkapi dengan radiasi Cu Ka (k = 0,15406 nm). Spektrum absorpsi CoFe₂O₄-QDs terdeteksi oleh spektrofotometer SHIMADZU UV-2600. Tingkat valensi elemen CoFe₂O₄-QDs ditentukan oleh pengukuran spektroskopi fotoemisi X-ray (XPS, VG ESCALAB 220I-XL, USA). Citra termal direkam dengan kamera termal IR (FLIR E50, USA).

Kultur Sel

Baris sel NSCLC NCI-H460 (H460) dan A549 dan sel endotel vena umbilical manusia (HUVECs) diperoleh dari ATCC dan diuji untuk mikro-plasma negatif. Sel H460 dan A549 dikultur dalam RPMI-1640 yang dilengkapi dengan 10% serum fetal sapi (FBS) dan 1% Penicillin–Streptomycin (Gibco). Sel HUVECs dikultur dalam medium pertumbuhan sel endotel (Sigma, #211-500). Semua sel disimpan dalam inkubator kelembaban gelap 37 ℃ dengan 5% CO₂.

Deteksi Sittotoksisitas

Berbagai konsentrasi kerja (0,1, 0,5, 1,0, 2,0 mg/mL) CoFe₂O₄-QDs ditambahkan dan dikultur dengan HUVECs selama 24 jam. Setelah inkubasi, medium kultur diganti dan reagen CCK-8 ditambahkan ke setiap lubang diikuti dengan inkubasi 1 jam. Kemudian, plates diukur pada 450 nm dengan EnSpire™ Multimode Plate Reader. Rasio kelangsungan sel diambil sebagai 100% dalam kontrol HUVECs.

Analisis Apoptosis

Sel H460 dan A549 (2 × 10⁵) dikultur dalam plates 6-lubang selama semalaman sebelum diobati dengan 1,0 mg/mL CoFe₂O₄-QDs bersama dengan laser NIR 808 nm selama 5 menit. Kemudian sel dicuci dan diwarnai dengan kit apoptosis Annexin-V/PI (BD; #556547) sesuai instruksi produsen. Untuk uji apoptosis HUVECs, sel HUVECs diinkubasi dengan konsentrasi berbeda CoFe₂O₄-QDs. Rasio apoptosis ditentukan seperti yang dijelaskan di atas.

Deteksi ROS Seluler

Sel H460 dan A549 dikultur dalam plates 6-lubang selama semalaman. Sel diinkubasi dengan atau tanpa 1,0 mg/mL selama 1 jam dan diobati dengan laser NIR 808 nm selama 5 menit. Setelah perlakuan, DCFH-DA ditambahkan dan diinkubasi selama 30 menit diikuti dengan deteksi FACS dengan penggerusan/emisi 485 nm/535 nm. Untuk uji inhibisi ROS, inhibitor ROS NAC (Sigma; A7250) ditambahkan sesuai instruksi produsen. Data lebih lanjut diukur dengan perangkat lunak Flow-jo.

Analisis Western Blot

Sel H460 dan A549 diobati seperti uji apoptosis, dan protein sel keseluruhan diekstrak menggunakan buffer lisis RIPA. Deteksi Western blot dilakukan seperti yang dijelaskan sebelumnya [37]. Antibodi yang digunakan dalam studi ini tercantum di bawah: anti-Bcl-2 polyclonal kelinci (abcam; ab59348), anti-Bax monoclonal kelinci (abcam; ab32503), anti-P-PI3K polyclonal kelinci (Bio-Vision; 3152-100), anti-P-AKT-S473 monoclonal kelinci (CST; 4060S), anti-β-Aktin monoclonal kelinci (CST; 4970S), anti-kelinci IgG HRP-linked antibody (CST; 7074S). Kuantifikasi ditentukan dengan menggunakan perangkat lunak Image-J.

Studi in vivo Efek Anti-NSCLC dari Kombinasi CoFe₂O₄ dan Perawatan NIR

Untuk menentukan kemampuan pembunuh tumor CoFe₂O₄-QDs, sel H460 ditanam subkutan dengan 50% MatriGel ke dalam tikus NSG (N = 8 setiap kelompok). Tikus M-NSG laki-laki berusia 4–6 minggu diperoleh dari Shanghai Model Organisms (#NM-NSG-001) untuk semua eksperimen in vivo. Ketika tumor terlihat dan volume mencapai hampir 5 mm × 5 mm, semua tikus dibagi secara acak ke dalam empat kelompok, yaitu Kontrol, Hanya NIR, Hanya CoFe₂O₄-QDs dan CoFe₂O₄-QDs + NIR, masing-masing. Kemudian tikus dalam kelompok Hanya CoFe₂O₄-QDs dan CoFe₂O₄-QDs + NIR diinjeksi intratumoral dengan 50 μL CoFe₂O₄ (5,0 mg/kg) berdasarkan karya kami sebelumnya [37], sementara kelompok Kontrol dan NIR diinjeksi dengan 50 μL PBS. Setelah injeksi, laser NIR 808 nm (1 W/cm²) dilakukan dalam kelompok NIR dan CoFe₂O₄-QDs + NIR selama 10 menit, yang dipantau oleh peralatan citra termal inframerah. Volume tumor dicatat setiap hari dan dihitung dengan rumus V = panjang × lebar²/2. Sekali diameter xenograft tumor dalam tikus yang tersisa mencapai hampir 15 mm, tikus disembelih dan xenograft tumor difoto dan disimpan untuk deteksi lebih lanjut. Semua eksperimen dan protokol hewan disetujui oleh Komite Pedoman Perawatan dan Penggunaan Hewan (IACUC) dan Komite Kesejahteraan Hewan Rumah Sakit Peking University Shenzhen.

Analisis Pewarnaan H&E dan Imunohistopatologi

Untuk penilaian patologis, xenograft tumor (N = 3) dipanen satu hari setelah perlakuan dalam setiap kelompok dan kemudian dikontrasi dalam formalin buffer 10% diikuti dengan diselubungi parafin untuk pewarnaan H&E dan deteksi IHC. Untuk evaluasi toksisitas in vivo, ginjal, hati, paru-paru, jantung dan tikus diambil dan dikontrasi untuk penilaian patologis. Untuk pewarnaan IHC, antibodi anti-Ki67 (Abcam; ab15580) digunakan. Kuantifikasi area positif IHC dilakukan oleh perangkat lunak Fiji.

Analisis Statistik

Untuk semua eksperimen, “N” mewakili jumlah ulang atau jumlah tikus yang digunakan seperti yang ditunjukkan dalam legende gambar. Uji t Student atau one-way ANOVA digunakan untuk perbandingan statistik. P < 0,05 dianggap secara statistik signifikan sementara “ns” menampilkan tidak signifikan. P < 0,05, P < 0,01 dan P < 0,001 ditunjukkan dengan bintang “*”, “**” dan “***”, masing-masing. Data dianalisis menggunakan GraphPad Prism 5.

Hasil

Karakteristik CoFe₂O₄-QDs Baru

Pertama, kami membangun CoFe₂O₄-QDs menggunakan pendekatan hidrotermal yang murah dan mudah dilakukan. Gambar TEM CoFe₂O₄-QDs ditampilkan dalam Gambar 1a, menunjukkan pola yang seragam dan stabil dengan diameter sekitar 3,4 nm (Gambar 1b). CoFe₂O₄-QDs hasil siap berwarna coklat gelap (Gambar 1b) dan dengan kelerengaan yang baik dalam air. Selain itu, gambar TEM resolusi tinggi (Gambar 1c) menampilkan jarak jaring (222) sekitar 0,242 nm yang konsisten dengan parameter kristal CoFe₂O₄-QDs [38, 39]. Selain itu, spektrum elemen (Gambar 1d) lebih mengkonfirmasi bahwa komponen elemen CoFe₂O₄-QDs adalah Co dan Fe, dan rasio atom Co dan Fe sekitar 1:2. Data ini menunjukkan konstruksi yang berhasil CoFe₂O₄-QDs untuk penelitian lebih lanjut kami.

Titik Kuantum CoFe₂O₄: Terapi Fototermal/Fotodinamis Dual untuk NSCLC—Menginduksi Apoptosis melalui Modulasi PI3K/AKT

Deteksi Properti Fisik CoFe₂O₄-QDs

Untuk menentukan properti fisik CoFe₂O₄-QDs yang disiapkan, kami melakukan beberapa deteksi setelah konstruksi. Dengan uji penentuan absorpsi NIR, CoFe₂O₄-QDs menunjukkan konversi fototermal yang tepat secara bergantung pada konsentrasi dan peningkatan suhu (ΔT) dapat disesuaikan dari 0,3 hingga 18,9 °C (Gambar 2a). Selain itu, pada konsentrasi 1,0 mg/mL CoFe₂O₄-QDs, dengan meningkatkan daya radiasi NIR dari 0,5 hingga 2,0 W/cm², ΔT dapat disesuaikan dari 0,8 hingga 24,3 °C (Gambar 2b). Data ini menunjukkan bahwa kinerja konversi fototermal CoFe₂O₄-QDs bergantung pada konsentrasinya dan daya radiasi. Selain itu, stabilitas konversi fototermal yang diinduksikan CoFe₂O₄-QDs ditentukan dengan radiasi periodik (Gambar 2c). Meski efisiensi konversi cahaya-ke-hitung yang dihitung adalah 7,18% (Gambar 2d), itu cukup untuk ditemani untuk meningkatkan efek PDT CoFe₂O₄-QDs. Selain itu, panjang gelombang terpanjang yang dapat diserap CoFe₂O₄-QDs adalah sekitar 808 nm (Gambar 2e, f). Secara keseluruhan, data ini menunjukkan bahwa CoFe₂O₄-QDs dapat dikembangkan menjadi agen sinergis PTT/PDT yang menjanjikan untuk terapi pembunuh tumor alternatif.

Penilaian Sittotoksisitas CoFe₂O₄-QDs terhadap Sel Normal

Karena nanopartikel banyak digunakan sebagai pengobat atau medium intra untuk terapi tumor, sittotoksisitas CoFe₂O₄-QDs terhadap sel normal terutama sel epitel vaskular manusia harus dikonfirmasi untuk penggunaan lebih lanjut. Oleh karena itulah, dari hasil sebelumnya, kami menguji berbagai konsentrasi (0,1, 0,5, 1,0 dan 2,0 mg/mL) CoFe₂O₄-QDs. Setelah dikultur bersama dengan HUVECs (baris sel epitel manusia normal), reagen CCK-8 ditambahkan untuk deteksi kelangsungan sel. Tidak ada sittotoksisitas yang terlihat dibandingkan dengan kelompok kontrol (Gambar 3a). Dalam konteks ini, uji apoptosis lebih lanjut dilakukan untuk mencapai hasil yang konsisten dengan kondisi yang sama (Gambar 3b). Kuantifikasi rasio apoptosis menunjukkan tidak ada perbedaan yang signifikan dibandingkan dengan kelompok kontrol (Gambar 3c). Data ini menunjukkan bahwa CoFe₂O₄-QDs tidak memiliki efek toksis yang terlihat pada sel normal, yang menunjukkan bahwa CoFe₂O₄-QDs memiliki potensi untuk digunakan sebagai medium untuk pengobat.

Kombinasi NIR dan CoFe₂O₄-QDs Menginduksi Apoptosis NSCLC

Untuk menentukan potensi kemampuan pembunuh kanker NSCLC CoFe₂O₄-QDs, iradiasi laser NIR (808 nm) dilakukan bersama dengan inkubasi CoFe₂O₄-QDs in vitro. Kemudian, uji apoptosis dilakukan setelah perlakuan, baik sel H460 dan A549 menunjukkan rasio apoptosis agresif dengan kombinasi CoFe₂O₄-QDs dan laser NIR (Gambar 4a, b). Kuantifikasi menunjukkan perbedaan signifikan dibandingkan dengan kelompok kontrol, sementara kelompok Hanya CoFe₂O₄-QDs atau Hanya NIR tidak menunjukkan perbedaan yang mengindikasikan bahwa CoFe₂O₄-QDs ditambah NIR dapat menginduksi efek anti-NSCLC (Gambar 4a, b). Hal yang diketahui adalah bahwa perubahan tingkat protein Bcl-2/Bax penting untuk menentukan apakah sel akan mengalami apoptosis [40]. Konsisten dengan ide ini, tingkat protein Bcl-2 dan Bax ditentukan dalam sel H460 dan A549 setelah perlakuan (Gambar 4c, d). Seperti yang diharapkan, data juga menunjukkan bahwa rasio Bcl-2/Bax menurun, yang dianggap sebagai penanda apoptosis yang dimediasi mitokondria. Oleh karena itulah, kami menyajikan bahwa CoFe₂O₄-QDs ditambah NIR mengakibatkan efek anti-NSCLC melalui aktivasi jalur apoptosis yang dimediasi mitokondria.

Kombinasi CoFe₂O₄-QDs dan NIR Menginduksi Generasi ROS melalui Jalur PI3K/AKT

Disfungsi mitokondria selalu mengarah pada tingkat generasi ROS yang meningkat, yang menyebabkan kematian sel dalam NSCLC. Dalam konteks ini, kami melakukan deteksi ROS setelah perlakuan CoFe₂O₄-QDs ditambah NIR pada sel H460 dan A549. Hasil menunjukkan bahwa pembuangan ROS yang besar dalam kelompok kombinasi, yang mengindikasikan bahwa efek PDT yang ditingkatkan dapat diinduksi oleh CoFe₂O₄-QDs bahkan dengan efisiensi transmisi fototermal rendah (Berkas Tambahan 1: Gambar S1A, B). Selain itu, tingkat protein terkait jalur sinyal PI3K/AKT juga berkurang, yang mengindikasikan bahwa perubahan ROS diatur oleh jalur PI3K/AKT, yang mengarah pada perubahan ekspresi protein Bcl-2/Bax (Gambar 4c, d, Berkas Tambahan 1: Gambar S1C, D). Untuk mengonfirmasi ide ini, inhibitor ROS NAC ditambahkan untuk membalikkan fenomena (Gambar 5a, b). Kemudian, ekspresi PI3K/AKT ditentukan untuk diselamatkan setelah perlakuan NAC, yang lebih mengonfirmasi bahwa pembuangan ROS setelah perlakuan CoFe₂O₄-QDs ditambah NIR diatur oleh jalur PI3K/AKT (Gambar 5c, d). Temuan ini secara kuat mendukung ide bahwa kombinasi CoFe₂O₄-QDs dan NIR dapat mengakibatkan efek sinergis PTT dan PDT dalam pembunuh sel NSCLC dengan menginduksi apoptosis yang bergantung pada disfungsi mitokondria (ROS).

Penilaian Anti-NSCLC in vivo dari Kombinasi CoFe₂O₄-QDs dan NIR

Berdasarkan hasil in vitro, kami selanjutnya menyelidiki efek anti-NSCLC dari perakomban perlakuan CoFe₂O₄-QDs dan NIR pada model tikus beban tumor NSCLC. Tikus M-NSG ditanam subkutan dengan sel H460. Setelah diinjeksi intratumoral dengan CoFe₂O₄-QDs, iradiasi laser NIR menyebabkan kenaikan suhu cepat ke sekitar 56 °C di bawah pengawasan peralatan deteksi termal (Gambar 6a, b). Selain itu, pewarnaan patologis menunjukkan area nekrosis yang luas yang diamati dalam kelompok kombinasi yang mengindikasikan bahwa perakomban perlakuan CoFe₂O₄-QDs ditambah NIR menyebabkan kematian sel tumor sebagai akibat dari eliminasi tumor (Gambar 6c, d). Pewarnaan IHC lebih lanjut juga menunjukkan bahwa area positif Ki-67 menyusut agresif dibandingkan dengan kelompok lain setelah perakomban perlakuan mengindikasikan bahwa xenograft tumor yang diobati tidak dapat lagi proliferasi (Berkas Tambahan 2: Gambar S2A, B). Selanjutnya, kami memantau selama 12 hari setelah perakomban perlakuan CoFe₂O₄-QDs dan NIR. Seperti yang diharapkan, ukuran dan bobot xenograft tumor dalam kelompok lain secara signifikan tumbuh tetapi tidak dalam kelompok perakomban perlakuan CoFe₂O₄-QDs dan NIR (Gambar 6e, f), mendukung ide bahwa perakomban perakomban CoFe₂O₄-QDs dan NIR dapat sepenuhnya menghilangkan xenograft tumor in vivo. Seperti yang diketahui tentang efek sitotoksis CoFe₂O₄-QDs, setidaknya dalam periode observasi kami, tidak ada efek samping yang terlihat yang terdeteksi dari hasil analisis patologis dalam organ penting tikus (Berkas Tambahan 2: Gambar S2C). Data di atas memberikan bukti kuat bahwa CoFe₂O₄-QDs dapat dikembangkan sebagai reagen PTT/PDT baru untuk pengobatan NSCLC.

Diskusi

Dalam beberapa tahun terakhir, penelitian untuk mengembangkan strategi anti-NSCLC telah mencapai kemajuan yang luar besar. Kedua obat presisi yang menargetkan onkogen spesifik yang menyesatkan NSCLC dan terapi blokade titik pemeriksaan imun membawa masa depan yang menjanjikan dalam pengobatan klinis [41, 42]. Namun, mengingat kompleksitas dan heterogenitas mikroenvironment tumor dan risiko underlying kehilangan antigen tumor, masih menjadi hambatan untuk menurunkan tingkat resistensi obat setelah status penyingkapan imun, yang mengakibatkan kembali tumor dalam waktu singkat. Oleh karena itulah, mencari terapi atau medium baru untuk terapi NSCLC adalah mendesak. Di antara pendekatan yang muncul, nanomaterial telah dihargai dan ditempatkan di depan sebagai agen pembunuh kanker yang efektif. Mengambil keuntungan dari ukuran kecil, kompatibilitas bio yang baik dan kemampuan transmisi termal mereka, beberapa nanomaterial menunjukkan kemampuan pembunuh kanker yang unggul dalam penelitian terbaru [43].

Dalam studi kami, kami mengembangkan CoFe₂O₄-QDs baru yang dapat diterapkan sebagai medium untuk pengobatan NSCLC melalui penginduksi apoptosis sel tumor dengan efek sinergis PTT dan PDT. Seperti nanomaterial lain, CoFe₂O₄-QDs menunjukkan kompatibilitas bio yang baik dalam studi kami yang menunjukkan tidak ada toksisitas yang terlihat terhadap sel normal dan organ utama. Meskipun kami menemukan bahwa tingkat transmisi termal tidak selemah nanomaterial lain, itu cukup bagi CoFe₂O₄-QDs untuk menginduksi apoptosis sel kanker di bawah aktivasi laser NIR. CoFe₂O₄-QDs menunjukkan hubungan linier yang baik dengan absorpsi cahaya dalam studi ini dan potensialmente menghasilkan ROS dengan kombinasi laser NIR, yang lebih membuktikan bahwa CoFe₂O₄-QDs dapat bertindak sebagai fotosensitizer yang menguntungkan. Kami selanjutnya dapat mengoptimalkan struktur atau menambahkan elemen sensitif panas ke CoFe₂O₄-QDs yang dapat mencapai tingkat transmisi termal yang lebih tinggi untuk efek sinergis PTT dan PDT yang lebih baik [44, 45]. Selain itu, penerapan obat kimia atau antibodi pada permukaan CoFe₂O₄-QDs juga memungkinkan, yang mungkin membawa efisiensi pembunuh yang lebih baik. Misalnya, pendekatan untuk menghubungkan antibodi anti-PDL1 atau anti-CTLA4 ke CoFe₂O₄-QDs dapat menjadi terapi kombinasi yang menjanjikan untuk memecah mikroenvironment imun-supresif dalam tumor yang merupakan minat kami selanjutnya untuk memanfaatkan CoFe₂O₄-QDs sepenuhnya.

Selain itu, mekanisme CoFe₂O₄-QDs dalam pembunuh NSCLC juga diungkap dalam studi ini. Kami mengonfirmasi bahwa CoFe₂O₄-QDs menginduksi apoptosis NSCLC terutama melalui pengosongan ROS setelah aktivasi laser NIR sinergis efek PDT dan PTT. Generasi ROS berlebihan menyebabkan stres oksidatif sel tumor dan secara langsung menyebabkan kerusakan DNA, yang pada gilirannya mengaktifkan jalur sinyal downstream, dan kemudian menginduksi kematian sel tumor [46, 47]. Di antaranya, bukti yang semakin banyak menunjukkan bahwa jalur PI3K/AKT dapat diatur oleh ROS seluler dan mengarah pada disfungsi mitokondria [48, 49]. Telah diterima luas bahwa saat diaktifkan, AKT difosforilasi oleh PI3K dan oleh karena itulah menonaktifkan protein pro-apoptotik Bax dan melindungi sel dari apoptosis. Selain itu, AKT yang difosforilasi juga dapat menstabilkan kompleks MDM2/p53, yang mengatur kelangsungan sel [50]. Dalam konteks ini, peran jalur tersebut dalam pengosongan ROS yang diinduksi CoFe₂O₄-QDs diselidiki. Seperti yang diharapkan, kami menemukan bahwa ROS berlebihan yang disebabkan oleh CoFe₂O₄-QDs secara signifikan menurunkan ekspresi jalur PI3K/AKT dan oleh karena itulah menyebabkan apoptosis sel tumor melalui aktivasi Bax tetapi nonaktifisasi protein Bcl-2. Temuan ini lebih dikonfirmasi dengan menambahkan inhibitor ROS, yang membalikkan ekspresi PI3K/AKT dan mengurangi produksi ROS. Karena jalur PI3K/AKT diketahui mengatur kelangsungan dan kematian sel, terutama dalam sel kanker, memahami mekanisme seperti ini CoFe₂O₄-QDs dalam pembunuh NSCLC akan membantu kami untuk mengembangkan lebih banyak opsi untuk terapi kombinasi.

Ringkasan, untuk mengembangkan fotosensitizer baru untuk terapi pembunuh tumor alternatif, kami berhasil membangun CoFe₂O₄-QDs dengan menggunakan pendekatan hidrotermal dengan cara yang murah dan mudah dalam studi ini. CoFe₂O₄-QDs memiliki absorpsi NIR yang luas, kompatibilitas bio yang baik dan kemampuan konversi fototermal. Selain itu, dibandingkan dengan QDs yang sebelumnya dilaporkan, CoFe₂O₄-QDs menunjukkan efek sinergis PTT/PDT dalam pembunuh tumor NSCLC, yang mewakili agen multifungsi yang menjanjikan dalam terapi foto NSCLC lebih lanjut. Selain itu, dengan iradiasi NIR, CoFe₂O₄-QDs dapat membunuh NSCLC terutama melalui penginduksi generasi ROS melalui pengaturan ekspresi Bcl-2/Bax melalui jalur sinyal PI3K/AKT yang upstream. Seperti yang diketahui tentang kemampuan pembunuh tumor in vivo, CoFe₂O₄-QDs digabungkan dengan NIR dapat menghilangkan xenograft tumor NSCLC sepenuhnya tanpa efek toksis yang terlihat. Temuan ini membuktikan bahwa CoFe₂O₄-QDs memiliki aplikasi yang menjanjikan untuk dikembangkan sebagai reagen pembunuh NSCLC baru.

Kesimpulan

Secara keseluruhan, CoFe₂O₄-QDs yang kami sintesis dapat menunjukkan efek sinergis PTT/PDT yang unggul dalam menekan NSCLC dengan menginduksi generasi ROS melalui pengaturan jalur PI3K/AKT, yang menyelimuti mekanisme penelitian dan aplikasi pembentukan fotosensitizer baru.