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Deformable Hollow Periodic Mesoporous Organosilica Nanocapsules for Significantly Improved Cellular Uptake
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2018-01-03 , DOI: 10.1021/jacs.7b10694 Zhaogang Teng 1, 2 , Chunyan Wang 1 , Yuxia Tang 1 , Wei Li 3 , Lei Bao 4 , Xuehua Zhang 4 , Xiaodan Su 5 , Fan Zhang 3 , Junjie Zhang 5 , Shouju Wang 1 , Dongyuan Zhao 3 , Guangming Lu 1, 2
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2018-01-03 , DOI: 10.1021/jacs.7b10694 Zhaogang Teng 1, 2 , Chunyan Wang 1 , Yuxia Tang 1 , Wei Li 3 , Lei Bao 4 , Xuehua Zhang 4 , Xiaodan Su 5 , Fan Zhang 3 , Junjie Zhang 5 , Shouju Wang 1 , Dongyuan Zhao 3 , Guangming Lu 1, 2
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Mesoporous solids have been widely used in various biomedical areas such as drug delivery and tumor therapy. Although deformability has been recognized as a prime important characteristic influencing cellular uptake, the synthesis of deformable mesoporous solids is still a great challenge. Herein, deformable thioether-, benzene-, and ethane-bridged hollow periodic mesoporous organosilica (HPMO) nanocapsules have successfully been synthesized for the first time by a preferential etching approach. The prepared HPMO nanocapsules possess uniform diameters (240-310 nm), high surface areas (up to 878 m2·g-1), well-defined mesopores (2.6-3.2 nm), and large pore volumes (0.33-0.75 m3·g-1). Most importantly, the HPMO nanocapsules simultaneously have large hollow cavities (164-270 nm), thin shell thicknesses (20-38 nm), and abundant organic moiety in the shells, which endow a lower Young's modulus (EY) of 3.95 MPa than that of solid PMO nanoparticles (251 MPa). The HPMOs with low EY are intrinsically flexible and deformable in the solution, which has been well-characterized by liquid cell electron microscopy. More interestingly, it is found that the deformable HPMOs can easily enter into human breast cancer MCF-7 cells via a spherical-to-oval morphology change, resulting in a 26-fold enhancement in cellular uptake (43.1% cells internalized with nanocapsules versus 1.65% cells with solid counterparts). The deformable HPMO nanocapsules were further loaded with anticancer drug doxorubicin (DOX), which shows high killing effects for MCF-7 cells, demonstrating the promise for biomedical applications.
中文翻译：
可变形中空周期性介孔有机二氧化硅纳米胶囊显着改善细胞摄取
介孔固体已广泛应用于各种生物医学领域，如药物输送和肿瘤治疗。尽管可变形性已被认为是影响细胞摄取的主要重要特征，但可变形介孔固体的合成仍然是一个巨大的挑战。在此，首次通过优先蚀刻方法成功合成了可变形的硫醚、苯和乙烷桥连的中空周期性介孔有机硅 (HPMO) 纳米胶囊。制备的 HPMO 纳米胶囊具有均匀的直径（240-310 nm）、高表面积（高达 878 m2·g-1）、明确的介孔（2.6-3.2 nm）和大孔体积（0.33-0.75 m3·g -1). 最重要的是，HPMO 纳米胶囊同时具有大的空腔 (164-270 nm)、薄壳厚度 (20-38 nm)、和壳中丰富的有机部分，其杨氏模量 (EY) 为 3.95 MPa，比固体 PMO 纳米粒子 (251 MPa) 低。具有低 EY 的 HPMO 在溶液中具有内在的柔性和可变形性，这已被液体细胞电子显微镜很好地表征。更有趣的是，发现可变形的 HPMOs 可以通过球形到椭圆形的形态变化轻松进入人乳腺癌 MCF-7 细胞，导致细胞摄取增加 26 倍（43.1% 的细胞被纳米胶囊内化，而 1.65 ％细胞与固体对应物）。可变形的 HPMO 纳米胶囊进一步装载了抗癌药物阿霉素 (DOX)，该药物对 MCF-7 细胞显示出高杀伤作用，证明了其在生物医学应用中的前景。比固体 PMO 纳米粒子 (251 MPa) 高 95 MPa。具有低 EY 的 HPMO 在溶液中具有内在的柔性和可变形性，这已被液体细胞电子显微镜很好地表征。更有趣的是，发现可变形的 HPMOs 可以通过球形到椭圆形的形态变化轻松进入人乳腺癌 MCF-7 细胞，导致细胞摄取增加 26 倍（43.1% 的细胞被纳米胶囊内化，而 1.65 ％细胞与固体对应物）。可变形的 HPMO 纳米胶囊进一步装载了抗癌药物阿霉素 (DOX)，该药物对 MCF-7 细胞显示出高杀伤作用，证明了其在生物医学应用中的前景。比固体 PMO 纳米粒子 (251 MPa) 高 95 MPa。具有低 EY 的 HPMO 在溶液中具有内在的柔性和可变形性，这已被液体细胞电子显微镜很好地表征。更有趣的是，发现可变形的 HPMOs 可以通过球形到椭圆形的形态变化轻松进入人乳腺癌 MCF-7 细胞，导致细胞摄取增加 26 倍（43.1% 的细胞被纳米胶囊内化，而 1.65 ％细胞与固体对应物）。可变形的 HPMO 纳米胶囊进一步装载了抗癌药物阿霉素 (DOX)，该药物对 MCF-7 细胞显示出高杀伤作用，证明了其在生物医学应用中的前景。这已被液体细胞电子显微镜很好地表征。更有趣的是，发现可变形的 HPMOs 可以通过球形到椭圆形的形态变化轻松进入人乳腺癌 MCF-7 细胞，导致细胞摄取增加 26 倍（43.1% 的细胞被纳米胶囊内化，而 1.65 ％细胞与固体对应物）。可变形的 HPMO 纳米胶囊进一步装载了抗癌药物阿霉素 (DOX)，该药物对 MCF-7 细胞显示出高杀伤作用，证明了其在生物医学应用中的前景。这已被液体细胞电子显微镜很好地表征。更有趣的是，发现可变形的 HPMOs 可以通过球形到椭圆形的形态变化轻松进入人乳腺癌 MCF-7 细胞，导致细胞摄取增加 26 倍（43.1% 的细胞被纳米胶囊内化，而 1.65 ％细胞与固体对应物）。可变形的 HPMO 纳米胶囊进一步装载了抗癌药物阿霉素 (DOX)，该药物对 MCF-7 细胞显示出高杀伤作用，证明了其在生物医学应用中的前景。1% 的细胞被纳米胶囊内化，而 1.65% 的细胞被固体对应物内化）。可变形的 HPMO 纳米胶囊进一步装载了抗癌药物阿霉素 (DOX)，该药物对 MCF-7 细胞显示出高杀伤作用，证明了其在生物医学应用中的前景。1% 的细胞被纳米胶囊内化，而 1.65% 的细胞被固体对应物内化）。可变形的 HPMO 纳米胶囊进一步装载了抗癌药物阿霉素 (DOX)，该药物对 MCF-7 细胞显示出高杀伤作用，证明了其在生物医学应用中的前景。
更新日期：2018-01-03
中文翻译：
可变形中空周期性介孔有机二氧化硅纳米胶囊显着改善细胞摄取
介孔固体已广泛应用于各种生物医学领域，如药物输送和肿瘤治疗。尽管可变形性已被认为是影响细胞摄取的主要重要特征，但可变形介孔固体的合成仍然是一个巨大的挑战。在此，首次通过优先蚀刻方法成功合成了可变形的硫醚、苯和乙烷桥连的中空周期性介孔有机硅 (HPMO) 纳米胶囊。制备的 HPMO 纳米胶囊具有均匀的直径（240-310 nm）、高表面积（高达 878 m2·g-1）、明确的介孔（2.6-3.2 nm）和大孔体积（0.33-0.75 m3·g -1). 最重要的是，HPMO 纳米胶囊同时具有大的空腔 (164-270 nm)、薄壳厚度 (20-38 nm)、和壳中丰富的有机部分，其杨氏模量 (EY) 为 3.95 MPa，比固体 PMO 纳米粒子 (251 MPa) 低。具有低 EY 的 HPMO 在溶液中具有内在的柔性和可变形性，这已被液体细胞电子显微镜很好地表征。更有趣的是，发现可变形的 HPMOs 可以通过球形到椭圆形的形态变化轻松进入人乳腺癌 MCF-7 细胞，导致细胞摄取增加 26 倍（43.1% 的细胞被纳米胶囊内化，而 1.65 ％细胞与固体对应物）。可变形的 HPMO 纳米胶囊进一步装载了抗癌药物阿霉素 (DOX)，该药物对 MCF-7 细胞显示出高杀伤作用，证明了其在生物医学应用中的前景。比固体 PMO 纳米粒子 (251 MPa) 高 95 MPa。具有低 EY 的 HPMO 在溶液中具有内在的柔性和可变形性，这已被液体细胞电子显微镜很好地表征。更有趣的是，发现可变形的 HPMOs 可以通过球形到椭圆形的形态变化轻松进入人乳腺癌 MCF-7 细胞，导致细胞摄取增加 26 倍（43.1% 的细胞被纳米胶囊内化，而 1.65 ％细胞与固体对应物）。可变形的 HPMO 纳米胶囊进一步装载了抗癌药物阿霉素 (DOX)，该药物对 MCF-7 细胞显示出高杀伤作用，证明了其在生物医学应用中的前景。比固体 PMO 纳米粒子 (251 MPa) 高 95 MPa。具有低 EY 的 HPMO 在溶液中具有内在的柔性和可变形性，这已被液体细胞电子显微镜很好地表征。更有趣的是，发现可变形的 HPMOs 可以通过球形到椭圆形的形态变化轻松进入人乳腺癌 MCF-7 细胞，导致细胞摄取增加 26 倍（43.1% 的细胞被纳米胶囊内化，而 1.65 ％细胞与固体对应物）。可变形的 HPMO 纳米胶囊进一步装载了抗癌药物阿霉素 (DOX)，该药物对 MCF-7 细胞显示出高杀伤作用，证明了其在生物医学应用中的前景。这已被液体细胞电子显微镜很好地表征。更有趣的是，发现可变形的 HPMOs 可以通过球形到椭圆形的形态变化轻松进入人乳腺癌 MCF-7 细胞，导致细胞摄取增加 26 倍（43.1% 的细胞被纳米胶囊内化，而 1.65 ％细胞与固体对应物）。可变形的 HPMO 纳米胶囊进一步装载了抗癌药物阿霉素 (DOX)，该药物对 MCF-7 细胞显示出高杀伤作用，证明了其在生物医学应用中的前景。这已被液体细胞电子显微镜很好地表征。更有趣的是，发现可变形的 HPMOs 可以通过球形到椭圆形的形态变化轻松进入人乳腺癌 MCF-7 细胞，导致细胞摄取增加 26 倍（43.1% 的细胞被纳米胶囊内化，而 1.65 ％细胞与固体对应物）。可变形的 HPMO 纳米胶囊进一步装载了抗癌药物阿霉素 (DOX)，该药物对 MCF-7 细胞显示出高杀伤作用，证明了其在生物医学应用中的前景。1% 的细胞被纳米胶囊内化，而 1.65% 的细胞被固体对应物内化）。可变形的 HPMO 纳米胶囊进一步装载了抗癌药物阿霉素 (DOX)，该药物对 MCF-7 细胞显示出高杀伤作用，证明了其在生物医学应用中的前景。1% 的细胞被纳米胶囊内化，而 1.65% 的细胞被固体对应物内化）。可变形的 HPMO 纳米胶囊进一步装载了抗癌药物阿霉素 (DOX)，该药物对 MCF-7 细胞显示出高杀伤作用，证明了其在生物医学应用中的前景。
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