Ferritin-Based Nanomotors for Deep Glioblastoma Penetration and Enhanced Drug Delivery.

چکیده اصلی

Poor penetration into tumor tissue remains a major barrier to effective nanomedicine delivery, particularly in glioblastoma multiforme (GBM). Here, nanoparticle transport was computationally studied to rationally design an ultrasmall chemotactic nanomotor that improves penetration into dense tumor tissue. The nanomotor comprises a targeting human heavy-chain ferritin (HFn) nanocage and a catalytic cerium oxide (CeO2) component. Leveraging transferrin receptor‑1 overexpression on brain microvascular endothelial cells and GBM cells, HFn enables transport across an in vitro blood-brain barrier (BBB) model and accumulation in GBM spheroids. The CeO2 domain catalyzes hydrogen peroxide decomposition in the tumor‑mimicking microenvironment, generating oxygen and imparting directional propulsion along H2O2 gradients. In chemotaxis assays, the nanomotors actively migrated toward localized H2O2 sources and GBM cells embedded in Matrigel. In large U87 spheroids (>400 µm), HFn@CeO2 nanomotors penetrated deeply and distributed throughout the spheroid core, whereas non‑propelled HFn nanocarriers remained confined mainly to the periphery. Doxorubicin‑loaded nanomotors (HFn@CeO2-DOX) achieved substantially enhanced intratumoral DOX distribution and reduced IC50 (0.33 µM) compared with HFn-DOX (1.13 µM) and free DOX (1.75 µM) in GBM spheroids. These results provide a promising basis for future in vivo evaluation in brain tumor therapy.

ترجمه فارسی چکیده

نفوذ ضعیف به بافت تومور مانع اصلی تحویل موثر داروسازی نانو است، به ویژه در گلیوبلاستوما چندگانه (GBM). در اینجا، حمل نانوذرات به صورت محاسباتی مطالعه شد تا نانوموتور شیمی‌جذب فوق‌ریز طراحی شود که نفوذ به بافت تومور متراکم را بهبود می‌بخشد. این نانوموتور از یک کیسه نانویی فریتین غشایی انسانی (HFn) هدف‌دار و یک جزء کاتالیستی اکسید سریم (CeO2) تشکیل شده است. با بهره‌گیری از بیش‌بروز گیرنده ترانسفروئین-۱ در سلول‌های اندوتلیال عروق مغزی و سلول‌های GBM، HFn امکان عبور از مدل رگ‌عروقی مغزی (BBB) در vitro و تجمع در سفره‌های GBM را فراهم می‌کند. دامنه CeO2 کاتالیز تجزیه هیدروژن پراکسید در محیط میکروی مشابه تومور، تولید اکسیژن و ایجاد حرکت جهت‌دار در امتداد گرادیان‌های H2O2 را بر عهده دارد. در آزمون‌های شیمی‌جذب، نانوموتورها به طور فعال به منابع محلی H2O2 و سلول‌های GBM درون ماتریکس جِل مهاجرت کردند. در سفره‌های بزرگ U87 (>400 µm)، نانوموتورهای HFn@CeO2 به عمق نفوذ کردند و در هسته سفره توزیع شدند، در حالی که حامل‌های نانویی HFn بدون حرکت عمدتاً در حاشیه محدود بودند. نانوموتورهای بارگذاری شده با داکسوروبیسین (HFn@CeO2-DOX) توزیع درون‌توموری DOX را به طور قابل توجهی بهبود بخشیدند و IC50 را (0.33 µM) نسبت به HFn-DOX (1.13 µM) و DOX آزاد (1.75 µM) در سفره‌های GBM کاهش دادند. این نتایج پایه‌ای امیدوارکننده برای ارزیابی آتی در vivo در درمان تومور مغزی فراهم می‌آورند.

متن کامل اصلی