ナノ医療および生物療法発見ジャーナル
オープンアクセス

概要

イミド由来のカーボンドットは、複数のin vitro実験設計において有望な抗腫瘍特性を示す

エイドリアン・ティロン

がんは、今でも世界中で死亡の主な原因となっています。悪性腫瘍の攻撃性は、複数の異質な内因性分子欠陥によって説明できます。細胞生存、細胞自殺、細胞分化、細胞組織構造の統合など、基本的な細胞生物学プログラムの歪んだ不適切な制御が、腫瘍発達の核心となっています。このような因子は、上皮間葉転換 (EMT) を活性化し、腫瘍細胞が異なる特性を獲得して侵入し、さまざまな治療に対する生存率を高めることを可能にします。ナノマテリアルベースの技術は、疾患の診断と治療に新しい有望なアプローチを提供します。私たちは、最新の炭素系ナノマテリアルの 1 つであるカーボン ドットの潜在的な抗腫瘍特性を調査しています。これまでに物理化学的に特徴付けられた 2 種類のカーボン ドットが、in vitro モデルを使用して評価されました。細胞増殖、アポトーシス、および EMT のマーカーとしてのビメンチンが、2D、3D、単一培養、または共培養の細胞培養モデルで調査されました。イミド由来の C-Dot は、正常細胞への影響を最小限に抑えながら、段階的に癌細胞の生存に影響を与え、癌治療に有望な抗腫瘍効果を示します。さらに、イミド由来の C-Dot の存在により、EMT 関連マーカーであるビメンチンの発現が抑制されます。テスト済みのカーボン ドットは、前駆体の種類によって定義される選択的な抗腫瘍特性を備えています。

カーボン ドット (C ドット) は、主にさまざまな官能基に位置する炭素質コアと表面で構成される、新しい種類のナノ構造材料です。その特殊な構造により、C ドットは、励起依存の調整可能なフォトルミネセンス、幅広い潜在的前駆体からの容易な調製、低毒性、さまざまな溶媒への分散性など、いくつかの注目すべき特徴を備えています。そのユニークな特徴により、ここ 5 年間で、オプトエレクトロニクスやセンサーからバイオメディカル分野に至るまでのさまざまな用途で徹底的に検討されてきました。

Very recent studies report the use of C-Dots as efficient agents for drug delivery and antitumoral activity. The present paper assesses the potential antitumoral properties of two C-Dots types synthesized from imide precursors. One C-Dot type is prepared through thermal decomposition of N-hydroxyphthalimide (NHF) precursor in a controlled partial pyrolytic process as described in a previous paper. The second type of C-Dots was prepared from N-hydroxysuccinimide (NHS) according to a previously described method and tested in parallel with the first type. Tested C-Dots have been previously physicchemically characterized and the batches of C-Dots prepared for this study were morpho-structurally validated by FTIR, TEM, and DLS techniques. The NHF precursor has been proved to have antitumoral activity while NHS, routinely used as reagent for peptide synthesis has no reports in this respect.

Metastasis, meaning cancer cells that escape from the primary tumor, disseminate and engraf in distant organs, are responsible for 90% of cancer-related deaths. The Epithelial-to-Mesenchymal Transition is a complex molecular program where non-motile, polarized epithelial cells degrade their cell-cell junctions and convert to mesenchymal-like types, which facilitate cell invasion and metastasis, resistance to chemotherapy, resistance to radiation-induced DNA damage and increased cell survival. Defects in programmed cell death pathways including apoptosis play important roles in tumor pathogenesis, allowing neoplastic cells to survive. Apoptosis is a regulatory system for balancing the homeostasis situation during the growth, development, and differentiation among multi-cellular organisms. Caspases are a family of cysteine proteases that play key roles in programmed cell death and are the essential elements in the apoptosis process. It is known that apoptosis defects may allow epithelial cells to survive without attachment to extracellular matrix that later facilitates metastasis.

The effect of C-Dots prepared through pyrolysis of N-hydroxyphthalimide or N-hydroxysuccinimide was investigated in different cellular microenvironments with notable antitumoral effects. Assessment of the antitumoral activity included sequential evaluation of the proliferation, survival, invasiveness and tissue scale interactions of several representative malignant cell lines. As expected, C-Dots prepared from NHF showed antitumoral activity, but surprisingly, the C-Dots prepared from NHS also displayed antitumoral activity on certain cell lines, with minimal toxic effects on normal cells. The fact that the tested C-Dots do not overlap entirely their antitumoral properties indicates that developing new C-Dots types may lead to the identification of new active molecules suitable for cancer treatment.

N-ヒドロキシフタルイミド (NHF) (97%) および N-ヒドロキシスクシンイミド (NHS) (98%) は、Sigma-Aldrich から購入しました。C-Dots の合成には、高純度の Milli-Q 水を使用しました。本研究で使用した両方のタイプの C-Dots は、以前の論文で説明した実験経路に従って、それぞれ N-ヒドロキシスクシンイミド (NHS) および N-ヒドロキシフタルイミド (NHF) の熱分解処理によって調製されました。いずれの場合も、得られた水性分散液を 15000 rpm で 10 分間 2 回遠心分離しました。得られたバッチは、FT-IR、TEM、および DLS 分析を使用して形態構造的に調査され、その結果は、補足情報セクションで詳述されているように、報告された研究とほぼ一致しました。 MDA-MB-231、4T1、 （American Type Culture Collection、Rockville、MD ATCC）は、Gjerdrum らによって記載されたとおりに培養されました。HMLE（ATCC）（J. Lorens 博士からの寄贈）は、MEGM バレット キット（Lonza）を添加した MEBM 培地（Lonza）で維持されました。