Design nano-léků založený na fyziologických vlastnostech glutathionu Ⅱ

Nano-léčivo s -SMono thioetherovou vazbou (-S-) jako pojivem je široce používáno vprotinádorovéa návrh systému podávání nanoléčiv. Cong a kol. [73] úspěšně vyvinul nový duální nanosystém proléčiva reagující na redox (PTX-S-OA/TPGS NP) sestavený hydrofobními prekurzory s malou molekulou. PTX-S-OA/TPGS NP byly významně lepší než disulfidický konjugát (PTX-2S-OA), pokud jde o duální redox-senzitivní uvolňování léčiva a in vivoprotinádorová účinnost. PTX-S-OA/TPGS NP mají působivě vysokou dávku léčiva a jsou účinné při selektivním uvolňování léčiv v místě nádoru, jak je znázorněno na obrázku5A. Meng a kol. [74] syntetizovali nové proléčivo DTX-S-LA, které využívalo monothioetherovou vazbu jako linker k přemostění kyseliny linolové (LA) a docetaxelu (DTX). DTX-S-LA se samosestavil s DEPEG-PEG za vzniku nanočástic s kapacitou naplnění léčivem 53,4 procenta. Tyto nanočástice měly vlastnosti jednotné velikosti částic, vysoké krevní stability a rychlého uvolňování léčiva v nádorových buňkách a měly vyšší míru inhibice nádoru in vivo ve srovnání s volným DTX, jak je znázorněno na obrázku5B. Zhang a kol. [75] syntetizoval druh proléčiva CUR-S-CUR spojením dvou molekul CUR s mono-thioetherovými vazbami pro dodání léčiva reagujícího na GSH, jak je znázorněno na obrázku5C. Tyto CUR-S-CUR NP vykazovaly dobrou koloidní stabilitu, účinnější buněčnou absorpci a intracelulární/nukleární dodávání léčiva ve srovnání s volným CUR.

Obrázek 5. Schematický návrh různých GSH-responzivníchprotirakovinné lékys -S-. (A) Schematické znázornění přípravy PEGylovaných prolékových NP PTX-S-OA a štěpení pomocí GSH nebo ROS [73]; (B) schematické znázornění samouspořádání DTX-S-LA ve vodě a štěpení pomocí GSH v nádorových buňkách [61]; (C) schematické znázornění samouspořádání proléčiva CUR-S-CUR a jeho vychytávání nádorovými buňkami [75].

Nano-lék s Pt-O

Pt-O vazba může být redukována a štěpena GSH za uvolnění aktivního metabolitu Pt(II). Na základě této teorie Ling a kol. [76] navrhli nanočástice proléčiva Pt(IV) citlivé na GSH pro účinné dodávání léků a léčbu rakoviny. Nanoléčiva Pt(IV) by mohla odolat detoxikaci zprostředkované thiolem prostřednictvím vyčerpání GSH. Poté, co jsou Pt(IV) nanočástice redukovány GSH, Pt-O se rozpadl a uvolnil dostatek aktivních Pt(II) metabolitů, které se kovalentně navázaly na cílovou DNA a vyvolaly apoptózu (obrázek 6A). Huang a kol. [77] zjistili, že Pt(IV)NP-cRGD vykazuje silné echogenní signály a vynikající perzistenci echa při ultrazvukovém zobrazení. Kromě toho systém dodávání léků citlivý na GSH nejen maximalizoval terapeutický účinek, ale také snížil toxicitu chemoterapie. Pt(IV)NP-cRGD spolu s ultrazvukovým zobrazením vyčerpaly GSH a zvýšily hladiny ROS, což vedlo k apoptóze zprostředkované mitochondriemi (obrázek 6B).

Obrázek 6. Samostatně sestavené Pt (IV) nanočástice pro specifické dodávání Pt léků. (A) Pt (IV) byl redukován pomocí GSH na Pt (II) [76]. (B) Pt(IV)NP-cRGD byl redukován pomocí GSH na Pt (II) [77].

Nano-léčivo s vazbou konjugovanou s diselenidem Se-Se (Se-Se) má jedinečnou duální redoxní citlivost. Vysoká exprese GSH v nádorech nebo tvorba ROS oxidativním stresem, jako je H2O2, může rozbít vazbu konjugovanou s diselenidem, aby se dokončila redoxní odpověď. Manjare a kol. [78] syntetizovali novou fluorescenční sondu (A) spouštěnou redukcí GSH spojením dvou molekul BODIPY-Se pomocí diselenidově konjugované vazby, kterou lze využít k detekci GSH nebo H2O2 v rakovinných buňkách. Diselenid-konjugovaná vazba fluorescenční sondy (A) byla štěpena GSH, poté reagovala s ROS za vzniku fluorescence. Han a kol. [79] připravili fluorescenční molekulu diselenidové nanočástice SeDSA obsahující 9, 10-distyrylanthracene (DSA) derivát (SeDSA) s agregací indukovanou emisí (AIE). SeDSA by se mohl společně sestavit s protinádorovým prekurzorem a paclitaxelem obsahujícím diselenid (SePTX) za vzniku SeDSA-SePTX Co-NP (Co-NP). SeDSA-SePTX Co-NP rychle dezintegrují a uvolňují AIE barvivo a PTX v redukčním prostředí, které hrálo roli při zobrazování nádorů a nádorové terapii. Zhao a kol. [80] navrhli polymerní gely zesíťované diselenidem (SeSey-PAA-TPEx) prostřednictvím kopolymerace volných radikálů. Diselenidové zesíťující činidlo v gelech by mohlo být fragmentováno v přítomnosti H2O2 nebo GSH díky své redox-responzivní vlastnosti pro diagnostiku nádoru.

Kliknutím sem získáte bylinky Cistanche pro Anti-Rakovina

Nano-lék se Se-N

Konjugovaná vazba Se-N je nová duální redox citlivá vazba, která nejen reaguje s GSH za vzniku Se-H, ale také reaguje s H2O2 za vzniku Se-N, čímž dosahuje duálního redoxně citlivého účinku. Xu a kol. [81] na základě této teorie vyvinuli novou duální redox citlivou fluorescenční sondu (Cy-O-Eb), která by mohla dynamicky sledovat změny H2O2 a GSH v živých buňkách a přímo monitorovat redoxní stav buněk. Proces apoptózy nádoru HepG2 byl úspěšně pozorován pomocí Cy-O-Eb. V této zprávě přerušení a vytvoření vazby Se-N ve struktuře způsobuje změnu fluorescence ve fluorescenční sondě ve dvou různých prostředích. Působením GSH se vazba Se-N rozbije a vytvoří strukturu Se-H a intenzita fluorescence se výrazně sníží. Naopak, vazba Se-N byla regenerována a fluorescence byla obnovena působením H2O2, jak je znázorněno na obrázku 7.

Obrázek 7. Duální reakce sondy (Cy-O-Eb) s GSH/H2O2 [81]. Vazba Se-N (silná fluorescence) v Cy-O-Eb byla redukována pomocí GSH za vzniku vazby Se-H (slabá fluorescence). Se-N byl regenerován a fluorescence byla obnovena působením H2O2.

Nano-lék s -Se Mono selenová vazba (-Se-) je vazba reagující na oxidační stimuly, která je oxidována hlavně ROS, jako je H2O2, a je roztržena, aby se uvolnily nanoléčiva. Wang a kol. [82] připravili lékem plněné polymerní nanočástice kopolymeru s vloženým selenem (I/D Se-NPs). I/D-Se-NP rychle disociují během několika minut prostřednictvím ROS a podporují kontinuální uvolňování protinádorových léků. Kromě toho Jiang a kol. [83] vyvinuli systém micel (C11-Se-C11) reagující na dva stimuly a podobný červímu s použitím přepínatelné povrchově aktivní látky obsahující selen. Zhang a kol. [84] navrhli viskoelastický červovitý micelární roztok založený na novém redox-responzivním surfaktantu, konkrétně dodecylselanylpropylsulfátu sodného (SDSePS). Výše uvedená selenová vazba v nanočásticích může být oxidována H2O2 za vzniku Se=O, který má relativní aktivitu.

5.3.4. Fotodynamická terapie reagující na glutathion

Fototerapii lze rozdělit na fototermální terapii (PTT) a fotodynamickou terapii (PDT). PTT je léčebná metoda pro zabíjení nádorů vstřikováním fototermálních materiálů do těla a jejich ozařováním blízkým infračerveným světlem (750~1400 nm). Při zahřátí nádorových tkání/buněk na 40–45 ◦C dochází k poškození buněčných membrán a nukleových kyselin nebo k mitochondriální dysfunkci v procesu hypertermie. Dlouhodobé vystavení vysokému teplu nakonec vede ke smrti nádorové tkáně/buněk. Během PTT mají nádorová tkáň/buňky nižší tepelnou toleranci než normální tkáň/buňky. Proto je možné selektivně zabíjet nádorové tkáně/buňky pomocí schopnosti lokálního zahřívání nádoru, aniž by došlo k poškození normálních tkání/buněk [85].

PDT se objevila jako technika pro léčbu onemocnění, která vyžaduje tři základní složky: fotosenzitizéry (PS), specifické vlnové délky světla (ultrafialové světlo, viditelné a blízké infračervené světlo) a kyslík. Světelná excitace na určitém místě spouští fotochemickou reakci v PS, která vede k produkci reaktivních forem kyslíku (ROS), což následně vede k poškození tkáně/buněk a smrti. PDT může poskytnout přesný stimul, který spouští produkci ROS v definovaném čase a na konkrétním místě, což vede k významnému snížení mimocílových účinků na zdravé tkáně [86,87].

Koncentrace intracelulárního ROS přímo určuje účinek fotodynamické terapie. Pokles GSH tedy může zvýšit hladinu ROS a podpořit buněčnou apoptózu, což poskytuje primární teorii pro fotodynamickou terapii. Ruan a kol. [88] zkonstruovali nanosystém, Cu-tryptonové nanočástice (Cu-Try NP), který podporoval fotodynamickou terapii prostřednictvím spotřeby GSH. Ukázalo se, že Cu-Try NP mohou vyčerpat GSH ke zvýšení intracelulárního ROS a ke zlepšení fotodynamické terapie. Chen a kol. [89] vyvinuli druh hydrofobních polydisulfidamidových polymerů na bázi cysteinu (Cys-PDSA) a využili je jako nanonosiče kvantových teček černého fosforu. Paklitaxel (PTX) byl vložen do nanočástic, aby se dosáhlo kombinace chemoterapie a fototermální terapie rakoviny prostřednictvím redukce GSH zprostředkované disulfidovou vazbou. Yang a kol. [90] připravili nový typ nanočástic chitosanu s více odezvou pH/GSH (SA-CS-NAC) a fotosenzibilizátor ICG s obsahem SA-CS NAC za účelem vytvoření amfoterních nanočástic merkaptochitosanu (SA-CS-NAC@ICG NP) vlastní montáží. SA-CS-NAC@ICG NPS úspěšně dosáhl vícenásobné odezvy na uvolnění ICG v mikroprostředí s nízkým pH a vysokým GSH v nádorových buňkách. Současně in vitro buněčné experimenty potvrdily, že SA-CS-NAC@ICG NPS má silnou schopnost buněčného příjmu, nízkou biotoxicitu a dobrou inhibici nádoru.

6. Návrh nanoléku založený na úloze GSH u neurologických onemocnění

GSH se účastní neurodegenerativních změnParkinsonova choroba, hlavně proti produkci intracelulárních ROS během oxidačního stresu. Koncentrace GSH v substantia nigra u pacientů s Parkinsonovou chorobou dramaticky poklesla, což ukazuje na úzký vztah mezi GSH, oxidačním stresem a Parkinsonovou chorobou. Na základě výše uvedené teorie Ma et al. [91] připravili stříbrné nanoklastry Ag44(SR)30 s ligandem kyseliny 5-merkapto-2-nitrobenzoové a dokončili vysoce přesnou detekci GSH, která umožňuje přesnější a komplexnější diagnostiku a hodnocení Parkinsonovy choroby. Bylo hlášeno, že poruchy autistického spektra (ASD) byly také spojeny s GSH [92–95]. Výzkum zjistil, že snížené hladiny GSH i celkové hladiny GSH byly nižší ve skupině ASD než v kontrolní skupině [96]. Některé studie navíc zjistily, že léčba GSH může účinně chránit renální tubulární epiteliální buňky, snížit výskyt akutního poškození ledvin nebo dokonce akutního selhání ledvin a zlepšit míru přežití pacientů s mozkovým krvácením [97]. Přestože se GSH přímo nebo nepřímo podílí na patogenezi neurologických onemocnění, design nanoléků založený na úloze GSH v oxidativním stresu nebyl popsán. Toto je slabá a slepá oblast v nanovědeckém výzkumu, můžeme plně využít výhod nanotechnologií, spojujících charakteristiky onemocnění nervového systému k vývoji nových cílených nanoléků.

7. Návrh fluorescenční nano-sondy na základě fyziologických vlastností GSH

Tradiční metody vizuálního kvantitativního stanovení intracelulárních ROS a GSH jsou většinou instrumentální analýzy. Proces předúpravy vzorku je však komplikovaný, stanovení je časově náročné a GSH a ROS in vivo nelze monitorovat v reálném čase. Naproti tomu technologie fluorescenční sondy má výhody vysoké citlivosti, dobré selektivity a dobrého výkonu v reálném čase, které vykazují vynikající vlastnosti pro monitorování GSH a ROS in vivo a in vitro [98–100]. Následuje úvod do návrhu fluorescenčních nanosond založených na fyziologických vlastnostech GSH s nadějí, že poskytnou nějaké reference pro klinickou aplikaci nanosond prostřednictvím shrnutí tohoto článku.

Liu a kol. [101] syntetizovali novou dvoufotonovou fluorescenční sondu MT-1 pro detekci biologických merkaptanů, zejména GSH v mitochondriích. 4-dinitrobenzensulfonylová skupina (DNBS) ve fluorescenční sondě, která fungovala jako responzivní skupina GSH. Fluorescence sondy by byla zhášena v důsledku působení DNBS pohlcujícího elektrony. Když však sonda reagovala s GSH v mitochondriích, DNBS byl eliminován a fluorescence sondy byla obnovena, aby bylo možné přímo pozorovat biologický merkaptan v živých buňkách a tkáních, které byly použity k detekci a pozorování stavu buněk. Chen a kol. [102] připravili fluorescenční sondu pro detekci GSH ve vodném roztoku a živých buňkách zavedením dinitrofenyletheru do 2-(20 -hydroxy-30 -ethoxyfenyl)benzothiazolu. Fluorescence sondy byla zhášena díky silné absorpci elektronů nitroskupinou, ale když byla sonda redukována GSH, fluorofor se uvolnil a emitoval silnou fluorescenci při 485 nm. Oba výše uvedené návrhy zavádějí do struktury sondy silnou skupinu absorbující elektrony a fluorescence sondy je po regulaci GSH zhášena nebo vzkříšena. Existuje také několik odkazů na použití tohoto návrhu [103–109].

Všechny výše uvedené jsou malé molekulární fluorescenční sondy a jejich špatná schopnost cílení na nádor a rozpustnost omezují jejich použití in vivo. Za účelem účinné penetrace nádorů, zejména nádorů s hustým stromatem, Niko et al. [110] navrhli fluorescenční sondu reagující na GSH, ve které byl amfifilní fluorescenční materiál NR12D samosestaven a potažen polymerem DSP obsahujícím disulfidické vazby. Li a kol. [111] připravili micely kovalentním spojením NIR fluorescenčního barviva dimethyl-4H-pyran (DCM) s protinádorovým léčivem gemcitabinem pomocí disulfidové vazby jako můstku k dosažení cíleného umístění a terapeutického účinku nanosondy. Zhang a kol. [112] syntetizovali sondu reagující na GSH s použitím fluorescenčního materiálu amantadin-naftalimid a protirakovinného léku camptothecinu, aby dosáhli aktivního fluorescenčního zobrazení v rakovinných buňkách. Lu a kol. [113] použili dutý mezoporézní uhlík (HMC) potažený doxorubicinem a roubované barvivo pro blízké infračervené záření citlivé na redukci (HMC SS-CDPEI) k přípravě nanosondy pro monitorování uvolňování doxorubicinu. Choi a kol. [114] navrhli a syntetizovali fluorescenční uhlíkovou nanosondu reagující na GSH. Všechny tyto sondy se působením GSH rozpadají a fluorescenční emise mohou monitorovat uvolňování léčiva v reálném čase.

8. Návrh nanozobrazování založený na fyziologických vlastnostech GSH

Nano-zobrazovací technologie má navrhnout nanočástice reagující na GSH, ve kterých jsou nano-zobrazovací materiály zapouzdřeny v nanočásticích pro duální zobrazování a kombinovanou terapii. Li a kol. [115] uvedli, že léčivo paclitaxel (PTX) a hydroxyethylškrob byly spojeny disulfidovými vazbami a poté byl fluorofor DiR zapouzdřen v jádře nanočástice během samoskládání, během kterého byla fluorescence DiR zhášena. Když byly nanočástice endocytovány nádorovými buňkami, disulfidické vazby byly štěpeny nadbytkem GSH, což vedlo k současnému uvolňování DiR a PTX v nanočásticích. Fluorescence DiR se obnovila a mohla být použita ve fotoakustickém zobrazování. Yang a kol. [116] syntetizovali nanočástice z kopolymeru kyseliny hyaluronové (HA) reagující na GSH a poly (ε-kaprolaktonu) zapouzdřenou DOX a superparamagnetickým oxidem železa (SPIO). Působením vysokých hladin GSH se disulfidické vazby těchto nanočástic zlomily a uvolnily vnitřní DOX a SPIO. SPIO mohl být použit v zobrazování magnetickou rezonancí, zatímco DOX byl použit v chemoterapii, což umožnilo kombinaci zobrazování a chemoterapie. Yang a kol. [117] uvedli, že amfifilní dextranové deriváty byly vyvinuty z disulfidicky vázaného dextran-g-poly-(N-3-karbobenzyloxy-L-lysin) roubovaného polymeru (Dex-g-SS-PZLL) a použity jako teranostické nanonosiče pro chemoterapie a magnetická rezonance. V důsledku toho jsou tyto nanočástice citlivé na redukci slibné teranostické nanonosiče pro zobrazování magnetickou rezonancí a chemoterapii.

9. Aplikace nanoměřítku GSH v oblasti potravin

Návrh nanolipozomů GSH modifikovaných dvojvrstvou alginátu sodného a chitosanu byl popsán Wei et al. [118]. Výsledky stability při skladování a gastrointestinální stability ukázaly, že alginát sodný a chitosanové dvojvrstvy modifikované lipozomy nejen zvýšily stabilitu GSH, ale významně snížily rychlost uvolňování GSH v gastrointestinálním traktu. Proto v komplexním systému zpracování potravin by použití alginátu sodného a chitosanem modifikovaných liposomů mohlo zabránit rychlému uvolňování GSH, zvýšit stabilitu GSH, a tak podpořit absorpci GSH buňkami trávicího traktu a zlepšit nutriční hodnota jídla. Tato studie poskytuje referenční základ a datovou podporu pro aplikaci nanolipozomů GSH modifikovaných alginátem sodným a chitosanem v potravinářském fifieldu.

10. Shrnutí a perspektivy

GSH tablety a GSH injekce jsou široce používány na klinikách. GSH je druh polypeptidu, který během přepravy a konzervace stabilně neexistuje, což přináší určité potížeklinické uchování, doprava a aplikace. Proto je velmi důležité se rozvíjetnano-lékya technologie založené napatologické charakteristiky GSHtakže GSH může hrát v klinické praxi mnohem větší roli. Nanočástice GSH se však omezují na základní experimenty a v klinické praxi se příliš nevyužívají. Vzhledem k problémům, kterým čelí nanotechnologie u klinických onemocnění, je nutné navrhovat inteligentní nanočástice s pomocí mezioborové integrace. Nanočástice upravují své chemické a biologické funkcestimulace citlivých strukturálních změn, aby bylo možné realizovat inteligentní biomedicínské aplikace, což je nový interdisciplinární směr výzkumu.

of GSH a vyvinout vynikající metody navrhování nanoléků, které poskytují důležitý vědecký význam a aplikační hodnotu pro výzkum souvisejících onemocnění, na kterých se GSH podílí.

Financování: Autoři děkují Harbin Medical University Daqing Campus Yu Weihan Outstanding Youth Fund (DQYWH201603) a běžnému vysokoškolskému programu inovativního personálu provincie Heilongjiang (UNPYSCT-2015036). Národní nadace přírodních věd Číny (82173153).

Střet zájmů: Autoři neprohlašují žádný střet zájmů.

Reference

1. Liu, Y.; Hyde, AS; Simpson, MA; Barycki, JJ Vznikající regulační paradigmata v metabolismu glutathionu. Adv. Cancer Res. 2014, 122, 69–101.

2. Harington, ČR; Mead, TH Syntéza glutathionu. Biochem. J. 1935, 29, 1602–1611. [CrossRef]

3. Penninckx, MJ; Elskens, Metabolismus MT a funkce glutathionu v mikroorganismech. Adv. Microb. Physiol. 1993, 34, 239-301.

4. Bachhawat, AK; Yadav, S. Cyklus glutathionu: Metabolismus glutathionu za gama-glutamylovým cyklem. IUBMB Life 2018, 70, 585–592. [CrossRef]

5. Bachhawat, AK; Kaur, A. Degradace glutathionu. Antioxid. Redoxní. Signál. 2017, 27, 1200–1216. [CrossRef] [PubMed]

6. Jana, A.; Josef, MM; Munan, S.; Sharma, K.; Maiti, KK; Samanta, A. Jediná benzenová fluorescenční sonda pro účinné snímání formaldehydu v živých buňkách pomocí glutathionu jako zesilovače. J. Photochem. Photobiol. B 2021, 214, 112091. [CrossRef] [PubMed]

7. Shuhua, X.; Ziyou, L.; Ling, Y.; Fei, W.; Sun, G. Role of Fluoride on Free Radical Generation and Oxidative Stress in BV-2 Microglia Cells. Mediat. Inflflamm. 2012, 2012, 102954. [CrossRef] [PubMed]

8. Meister, A. Glutathion, askorbát a buněčná ochrana. Cancer Res. 1994, 54, 1969–1975.

9. Rodrigues, C.; Percival, SS Imunomodulační účinky glutathionu, derivátů česneku a sirovodíku. Živiny 2019, 11, 295. [CrossRef]

10. Píseň, D.; Lin, Z.; Yuan, Y.; Qian, G.; Li, C.; Bao, Y. Rovnováha DPEP1 GSH se podílí na kadmiové stresové reakci u škeble Tegillarca granola. Přední. Physiol. 2018, 9, 964. [CrossRef] [PubMed]

11. Agarwal, P. Hodnocení účinnosti hlavního antioxidantu glutathionu proti stárnutí. Int. J. Sci. Základní aplikace Res. 2017, 33, 257–265.