Redox-activated transformable peptide-based nanoparticles for combined tumor therapy

Photothermal therapy (PTT) is a promising approach for tumor therapy, characterized by minimal invasiveness, high spatio-temporal control, and high selectivity. It relies on the use of photothermal agents, that can efficiently convert light into heat, but are generally hydrophobic compounds not suitable for aqueous environments, and need therefore a carrier system to be delivered. Inspired by the dynamic control of molecular assemblies in biological systems, peptide self-assembled nanostructures remain a favorable direction in nanomedicine, as they offer high biodegradability, biocompatibility and functional versatility. In this study we wanted to combine a photothermal agent (nameley, Ce6) and a peptide self-assembling sequence for a dual effect on tumor growth inhibition. Therefore we have designed and developed a glutathione-responsive transformable peptide-based nanosystem for PTT. The self-assembled peptide–Ce6 nanoparticles reacted with the glutathione present in high levels in the tumor microenvironment and consequently transformed into nanofibers co-assembled with the Ce6. This in situ fibrillar transformation allows to obtain a high cytotoxicity in tumor cells; additionally, the nanoparticles showed good light-to-heat conversion due to the presence of the Ce6. This strategy can be employed to design effective stimuli-responsive biomaterials for photothermal therapy combined with nanofiber formation.

La terapia fototermica (photothermal therapy, PTT) è un approccio promettente per la terapia antitumorale, caratterizzato da minima invasività, elevato controllo spazio-temporale ed elevata selettività. Si basa sull’uso di agenti fototermici, che possono convertire efficacemente la luce in calore; questi sono generalmente composti idrofobici non adatti agli ambienti acquosi e necessitano quindi di un sistema di trasporto per essere utilizzati nel corpo umano. Ispirate alle interazioni molecolari che governano i sistemi biologici, le nanostrutture peptidiche auto-assemblate sono largamente studiate nell’ambito della nanomedicina, in quanto offrono elevata biodegradabilità, biocompatibilità e versatilità funzionale. In questo studio abbiamo voluto combinare un agente fototermico (i.e. il Ce6) e una sequenza peptidica autoassemblante per ottenere un duplice effetto sulla cura dei tumori. Abbiamo quindi progettato e sviluppato un nanosistema trasformabile a base di peptidi, sensibile al glutatione (GSH), da applicare in terapia fototermica. Le nanoparticelle auto-assemblate formate da peptide e Ce6 reagiscono con il GSH presente in alte concentrazioni nel microambiente tumorale, trasformandosi di conseguenza in nanofibre, co-assemblate con il Ce6. Questa trasformazione fibrillare in situ permette di ottenere un’elevata citotossicità nelle cellule tumorali; inoltre, le nanoparticelle hanno mostrato una buona conversione luce-calore grazie alla presenza del Ce6. Questa strategia può essere impiegata per progettare biomateriali smart per la terapia fototermica combinata con la formazione di nanofibre.