Porphyrin-Eisen-gepfropfte mesoporöse Silica-Komposite für die Wirkstoffabgabe, den Farbstoffabbau und den kolorimetrischen Nachweis von Wasserstoffperoxid

Einführung

Um die Nachteile natürlicher Enzyme wie die Anfälligkeit für Denaturierung unter rauen Umweltbedingungen zu überwinden, wurden erhebliche Anstrengungen unternommen, um Enzymmimetika mit hoher Stabilität einschließlich Graphenoxid, Hämin und Metallnanopartikeln zu entwickeln [1, 2]. Unter diesen künstlichen Enzymen ist Hämin, das aktive Zentrum der Häm-Proteinfamilien, ein bekanntes natürliches Metalloporphyrin [3]. Als Katalysator können Metalloporphyrinkomplexe effektiv die Oxidation von Umweltschadstoffen wie polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAKs) und Azofarbstoffen katalysieren, die die Substratmoleküle in funktionelle sauerstoffhaltige organische Verbindungen umwandeln oder zu ungefährlichen Verbindungen abbauen [4,5,6]. Dennoch kann die katalytische Aktivität von Hämin durch den oxidativen Selbstabbau, die molekulare Aggregation zu inaktiven Dimeren und die geringe Löslichkeit in wässrigen Puffern beeinträchtigt werden [7]. Die Immobilisierung von Hämin auf einem festen Träger mit großer Oberfläche hat eine wirtschaftliche und dennoch effiziente Strategie bereitgestellt, um seine hohe katalytische Leistung zu erreichen und gleichzeitig den unbefriedigenden Aktivitätsverlust bei praktischen Anwendungen zu minimieren.

Aufgrund der Möglichkeit struktureller Anpassungen an die äußere und innere Oberfläche [8] haben verschiedene Arten mesoporöser Silizium-Nanomaterialien (MSNs) mit Metalloporphyrin für vielfältige Anwendungen zunehmende Aufmerksamkeit erlangt. Huang et al. berichteten über mesoporöse Siliciumdioxid-Nanoreaktoren auf Häminbasis mit bemerkenswerter Peroxidase-ähnlicher Aktivität [9]. Barbosaet al. entwickelte Metalloporphyrine immobilisiertes Fe₃ O₄ @SiO₂ mesoporöse Submikrosphären als wiederverwendbare biomimetische Katalysatoren für die Kohlenwasserstoffoxidation [10]. Vor kurzem haben Sun et al. berichteten über einen neuartigen Chemilumineszenzsensor basierend auf Dual-Aptamer-Bioerkennung und Hämin-eingekapseltem mesoporösem Siliziumdioxid zum Thrombinnachweis [11]. Unter verschiedenen MSNs weist SBA-15 (Santa Barbara Amorphous-15) die hexagonale Porenstruktur und eine einstellbare Porengröße von 3–10 nm auf, die für die chemische Pfropfung funktioneller Moleküle geeignet sind [8, 12]. Als Siliziummaterialien weist SBA-15 eine geringere biologische Toxizität auf, und große Mengen labiler Si-OH-Gruppen auf den Oberflächen von SBA-15 können zum Pfropfen anderer funktioneller Moleküle verwendet werden, um SBA-15 mehr Funktionalität zu verleihen [13]. Es wurde berichtet, dass SBA-15 als Träger für die Enzymimmobilisierung, die Antikörperbeladung und die Wirkstoffabgabe verwendet werden kann [14,15,16].

DOX als wirksames chemotherapeutisches Antibiotikum ist die Erstlinienbehandlung für einen Breitbandkrebs, aber seine Nebenwirkungen in den Kliniken bleiben ein ernstes Problem [17]. Um die therapeutische Wirksamkeit zu verbessern und gleichzeitig die systematische Toxizität von DOX zu verringern, wurden erhebliche Anstrengungen zum molekularen Design sowie zur Formulierungsentwicklung verschiedener Wirkstoffabgabesysteme unternommen. Nachdem das mesoporöse MCM-41 (Mobil Composition of Matter No. 41) erstmals 2001 als Wirkstoffträger verwendet wurde [18], besaßen MSNs einschließlich SBA-15 aufgrund ihrer inhärenten Porenstruktur, die für die Wirkstoffbeladung wünschenswert ist, vorteilhafte Eigenschaften [19, 20]. und freigeben. Dennoch können die komplizierten chemischen Modifikationen von MSNs ihre praktische Anwendung einschränken.

In dieser Studie haben wir erfolgreich Hämin auf SBA-15 aufgepfropft, um ein Verbundmaterial (FeIX-SBA-15) aufzubauen (Schema 1), bei dem nicht nur die enzymähnliche Aktivität des Hämins erhalten blieb, sondern auch die effiziente Einkapselung und Aufrechterhaltung Freisetzung von Doxorubicinhydrochlorid (DOX) wurde erreicht, wie die Wachstumskurve von inkubierten Krebszellen durch die Echtzeit-Zellanalyse (RTCA)-Technologie widerspiegelt [21,22,23]. Bemerkenswert ist, dass für DOX/FeIX-SBA-15 im Vergleich zu unseren früheren Arbeiten mit Ferrocencarbonsäure-modifiziertem SBA-15 (FCA-SBA-15) [24] ein relativ hoher DOX-Beladungsgehalt erhalten wurde, der auf die raffinierte π-π-Stapelung zwischen gepfropftem FeIX und DOX im Träger. Darüber hinaus wurde aufgrund der festen Form von FeIX-SBA-15, die auf einer kommerziellen Filtermembran immobilisiert wurde, ein Durchflusskatalyseformat für einen effektiven Farbstoffabbau und kolorimetrischen Nachweis von Wasserstoffperoxid entwickelt.

Der mit FeIX gepfropfte SBA-15 für die DOX-Beladung mit Krebsmedikamenten

Materialien und Methoden

Materialien

Alle Reagenzien waren von analytischer Qualität (A.R.) und wurden ohne weitere Reinigungen verwendet. Tri-Block-Copolymer Pluronic P123 (EO₂₀ .) PO₂₀ EO₂₀ , MW  =5800) wurde von Sigma-Aldrich (Deutschland) bezogen. 3-Aminopropyltriethoxysilan (APTES), Tetraethylorthosilicat (TEOS), Säureorange II und Tetramethylbenzidinhydrochlorid wurden von Shanghai Aladdin Biological Technology Co., Ltd (China) bezogen. Hämin und Doxorubicinhydrochlorid wurden von Shanghai Macklin Biochemical Co., Ltd (China) bezogen. Trypsin-EDTA-Lösung wurde von Beyotime Biotechnology Co., Ltd (China) bezogen. Zellkulturmedien (RPMI-1640) stammten von GE Healthcare Life Sciences Co., Ltd (China). Fötales Rinderserum (FBS) wurde von Gibco Co., Ltd (USA) bezogen. Penicillin und Streptomycin stammten von Thermo Fisher Scientific Co., Ltd. Die Zelllinie A549 wurde von der American Type Culture Collection (ATCC) bezogen.

Chemische Transplantation von SBA-15 zur Wirkstoffbeladung

SBA-15 wurde wie zuvor beschrieben hergestellt [12]. Anschließend wurden 0,40 g SBA-15 in 140 ml Methylbenzol bei 80 °C dispergiert und APTES (1,2 ml) wurde zugegeben. Dann wurde die Mischung für weitere 8 h gerührt und durch Zentrifugieren bei 5000 U/min für 5 Minuten getrennt. Nach dem Waschen mit Ethanol und Wasser wurden die resultierenden Produkte APTES-SBA-15 bei 80 °C getrocknet. Hämin (0,15 g) wurde zunächst in 30 ml DMSO dispergiert und anschließend mit APTES-SBA-15 (0,60 g) versetzt und anschließend weitere 7 h bei 70 °C gerührt. Das resultierende Produkt wurde zentrifugiert, gewaschen und schließlich getrocknet, was FeIX-SBA-15 war.

Nachdem bestätigt wurde, dass FeIX erfolgreich auf SBA-15 aufgepfropft wurde, wurde FeIX-SBA-15 (0,50 g) in 20 ml entionisiertem Wasser, das DOX·HCl (2 mg/ml) enthielt, unter Rühren bei 37 °C für 24 Stunden bis suspendiert DOX laden. Dann wurden die Produkte 5 min bei 5000 U/min zentrifugiert. Nach Waschen, Trocknen und Mahlen wurden die Endprodukte gesammelt (DOX/FeIX-SBA-15).

Charakterisierungen

Die morphologischen Merkmale der Probe wurden mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM, Hitachi SU-1510) mit einem energiedispersiven Spektroskopie (EDS)-Röntgendetektor untersucht, der bei einer Beschleunigungsspannung von 15 kV betrieben wurde. Die Kleinwinkel-Röntgenbeugungsmuster (SAXRD) der präparierten Materialien wurden mit einem Smartlab TM 9 KW Röntgendiffraktometer unter Verwendung von Cu Kα-Strahlung (λ = 0,154 nm) im 2θ von 0,2°–8°. Die Röntgenfluoreszenzanalyse (XRF) wurde auf einem Röntgenfluoreszenzspektrometer (Thermo Scientific, USA) gemessen. Die Stickstoffsorptionsisothermen wurden auf einem volumetrischen Adsorptionsanalysator (BELSORP-MINI, Japan) in einem relativen Druckbereich P/P₀ . gemessen von 0,01 bis 0,99. Die spezifische Oberfläche und die Porengrößenverteilung wurden mit Brunauer-Emmett-Teller (BET) bzw. Barrett-Joyner-Halenda (BJH)-Messungen berechnet. Feste UV-Vis-Spektren von Materialien wurden mit Festkörper-UV-Vis-Spektrophotometer (Thermo Scientific, USA) aufgenommen. Die Absorptionsspektren der Proben wurden auf einem ultravioletten und sichtbaren Spektrophotometer (UV–vis 7300, China) gemessen, um den DOX-Arzneistoffbeladungsgehalt (DLC) gemäß der folgenden Formel zu berechnen:DLC (Gew.-%) = (Gewicht des beladenen Arzneimittels/Gesamt Gewicht des mesoporösen Materials und des beladenen Arzneimittels) *100%. Der Eisengehalt von DOX/FeIX-SBA-15 wurde mit einem Emissionsspektrometer mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP, PE Optima 2000DV, USA) bestimmt. Vor der Analyse wurde das DOX/FeIX-SBA-15 zuerst vollständig in Flusssäure gelöst, dann wurde die Flusssäure verflüchtigt und die Probe wurde in konzentrierter Salpetersäure wieder aufgelöst.

katalytische Aktivität und Abbauverhalten von FeIX-SBA-15

Unter Ausnutzung der enzymähnlichen Aktivität von FeIX wurden die katalytische Aktivität des TMB und das Abbauverhalten der sauren Orange II in Lösung untersucht. Eine gemischte Lösung mit 20 mM NaOH und 1,5 mM Triton X-100 wurde hergestellt und dann viermal mit PB-Lösung zum Auflösen des FeIX-SBA-15 verdünnt. In der katalytischen TMB-Reaktion 500 μl FeIX-SBA-15 (600 μg/ml) gemischt mit 500 μl H₂ O₂ (2 mM) als Substrat wurde verwendet, um TMB abzubauen (500 μL, 3 mg/ml). Die spektralen Messungen wurden in bestimmten Zeitabständen durchgeführt, um den Reaktionsgrad zu bewerten. Um das Abbauverhalten synthetisierter Komposite zu untersuchen, wurde die Mischung aus 500 μl FeIX-SBA-15-Lösung (600 μg/ml) und 500 μl 10 mM H₂ O₂ Lösung diente als Substrat. Als nächstes wurden 500 μl Orange II (0,25 mM) in die obige Lösung gegeben. Die Absorptionsmessungen wurden bei 485 nm aufgezeichnet.

Darüber hinaus wurden die Verbundstoffe auf der kommerziellen Filtermembran weiter immobilisiert, um Säureorange II strömungskatalytisch abzubauen. 5 ml suspendierte Lösung von FeIX-SBA-15 (600 μg/ml) wurden durch einen handelsüblichen Filter (0,22 μm, Millipore) geleitet, damit das Material auf dem Filter aufgefangen und bei Raumtemperatur getrocknet werden konnte. 500 μl Orange II (0,25 mM) Lösung gemischt mit 500 μl H₂ O₂ (10 mM) und 500 μl H₂ O wurde durch die mit FeIX-SBA-15 beladene kommerzielle Filtermembran geleitet. Die spektralen Messungen der Mischung wurden aufgezeichnet.

Farbmetrischer Nachweis von H₂ O₂

Für H₂ O₂ Detektionen in Lösung wurden die Mischungen aus 500 µL FeIX-SBA-15 (600 µg/mL) und 500 µL TMB (3 mg/mL) hergestellt. Als nächstes 500 μl H₂ O₂ unterschiedlicher Konzentrationen (25–500 μM) wurden zu den obigen Lösungen gegeben und 10 min bei 30 °C inkubiert. Schließlich wurden die Spektralmessungen bei 651 nm aufgezeichnet.

Gleichzeitig wird die Messung von H₂ O₂ wurde auf der handelsüblichen Filtermembran immobilisiert, die die Komposite in strömungskatalytischer Weise immobilisiert. Die modifizierte Membran wurde wie oben beschrieben erhalten. Dann die Mischungen von 500 μL H₂ O₂ (0,293 ~ 8,8 mM), 500 μl TMB (2 mg/ml) und 500 μl H₂ O wurden separat durch die modifizierten kommerziellen Filtermembranen geleitet, wonach die Spektralmessungen der Mischung bei 651 nm aufgezeichnet wurden.

Die Extinktion wurde gegen die Konzentration von H₂ . aufgetragen O₂ , und die Nachweisgrenze (LOD) der Methode wird über die Formel ausgewertet:LOD = 3RSD/Slope. (RSD:relative Standardabweichung).

Zellstruktur- und RTCA-Erkennung

Humane nicht-kleinzellige Lungenzellen A549 wurden mit RPMI-1640-Medium, das 10 % FBS, 1 % Penicillin-Streptomycin-Lösung enthielt, in einem Inkubator mit 5 % CO₂ . kultiviert bei 37 °C (Thermo Scientific). Für die Zytotoxizitätsbewertung der Materialien wurden die Real-Time Cell Analyzer (RTCA)-Technologie (xCELLigence System, ACEA Biosciences Inc.) und die Cell Counting Kit-8 (CCK-8, DOJINDO Laboratory) Methode verwendet. Beim RTCA-Nachweis wurden 5000–8000 Zellen pro Well in E-Platten ausgesät. Die Zellinkubation und -proliferation wurden vom Analysator in Echtzeit überwacht, wobei die Signaländerungen als willkürliche Einheit, definiert als Zellindex (CI), ausgedrückt wurden. Die Zellen wurden FeIX-SBA-15 und DOX/FeIX-SBA-15 in einer Konzentration von 12,6 µg/ml ausgesetzt. Die DOX-Konzentration betrug 0,50 µg/ml. Außerdem, um den IC₅₀ . zu erhalten von DOX/FeIX-SBA-15 wurden Zellen nachgewiesen, die mit verschiedenen Dosen von DOX/FeIX-SBA-15 von 1,6 bis 50,4 µg/ml behandelt wurden. Darüber hinaus wurde der CCK-8-Kit-Assay als Endpunktmethode verwendet, um die Zytotoxizität von Materialien nachzuweisen. Das CCK-8-Reagenz wurde 2 h lang mit Zellen inkubiert und die Absorption wurde mit einem Mikroplatten-Lesegerät bei einer Wellenlänge von 450 nm gemessen.

Ergebnisse und Diskussion

Materialcharakterisierung

Der Verbund von DOX/FeIX-SBA-15 wurde wie in Schema 1 dargestellt synthetisiert. APTES-SBA-15 wurde zunächst über eine Aminierungsreaktion hergestellt [13]. Dann wurden die FeIX-Moleküle auf die Oberfläche von APTES-SBA-15 durch eine Amidreaktion und elektrostatische Wechselwirkung zwischen den Carboxylgruppen und den Aminogruppen in der Mesoporen gepfropft. Schließlich wurde das Krebsmedikament DOX in FeIX-SBA-15-Komposite geladen, wobei die starken molekularen Wechselwirkungen der π-π-Stapelung zwischen FeIX und DOX aufgrund des konjugierten planaren makrozyklischen Moleküls von FeIX [25] und des Anthrazyklin-Chromophors von DOX [24] involviert sind.

Die Mikrostruktur der Verbundwerkstoffoberfläche wurde durch Rasterelektronenmikroskopie (REM) bewertet. Wie in Abb. 1a gezeigt, wurden SBA-15 von röhrenförmigen Strukturen mit einer gewissen Einheitlichkeit der Größe von 0,4–1 μm in SBA-15 gebildet und angelagerte FeIX- und DOX-Moleküle verursachten keine offensichtlichen morphologischen Veränderungen. Die TEM-Bilder (Abb. S1) von DOX/FeIX-SBA-15 im Vergleich zu SBA-15 bestätigten die erhaltene Mesostruktur nach den chemischen Modifikationen. Die chemische Zusammensetzung von DOX/FeIX-SBA-15 wurde weiter durch Röntgenfluoreszenzspektroskopie abgeschätzt. Wie in Tabelle S1 gezeigt, wurden Si, O, C, Fe und Spuren anderer absorbierter Elemente in DOX/FeIX-SBA-15 gefunden. Im Vergleich zu FeIX-SBA-15 war der berechnete Atomanteil von Si (~ 24,3%) und Fe (~ 2,5%) in DOX/FeIX-SBA-15 etwas niedriger, aber der C-Anteil (11,3%) ist relativ hoch, was auf eine erfolgreiche Verkapselung von DOX hindeutet. Um die Oberflächenkomponenten weiter zu bewerten, wurden feste UV-Vis-Spektren von Kompositen aufgenommen. Wie in Abb. S2 gezeigt, zeigte FeIX-SBA-15 ähnlich wie bei FeIX-Molekülen Absorptionsbanden bei 250–350 nm, 450–550 nm und 600–700 nm, während es für SBA-15 keine praktisch beobachtbaren Banden gab [ 26]. Im Vergleich dazu zeigte DOX/FeIX-SBA-15 eine breite Absorptionsbande von 450–550 nm, die vom DOX herrührte.

a SEM-Bilder von SBA-15 und DOX/FeIX-SBA-15. b Small Angel-Röntgenbeugungsmuster von Materialien. Stickstoffadsorptionsisothermen (c ) und Porengröße (d ) der erhaltenen Materialien:I SBA-15, II DOX/SBA-15, III FeIX-SBA-15 und IV DOX/FeIX-SBA-15

Die Kleinwinkel-Röntgenbeugungsanalyse von Verbundstoffen wurde ebenfalls durchgeführt. Wie in Abb. 1b gezeigt, zeigten die SAXRD-Muster von SBA-15 einen Hauptbeugungspeak bei 0,94° mit zwei beobachtbaren Peaks bei 1,6° und 1,8°, die die Kristallebenen (100), (110) bzw. (200) reflektieren und zeigen zu einer wohldefinierten Mesostruktur [27]. Im Vergleich zu SBA-15 zeigten die SAXRD-Muster von DOX/SBA-15 eine Abnahme der Peakintensität, was darauf hinweist, dass die Beladung mit DOX keine Schädigung der Porenstruktur verursachte. Das Pfropfen von FeIX in SBA-15 führte jedoch zu einer beobachtbaren Peakverschiebung zu großen Winkeln mit einer verringerten Peakintensität der (110)- und (200)-Kristallebenen, was auf den teilweisen Verlust der mesostrukturellen Regularität der Materialien hindeutet [28]. Bemerkenswerterweise führte eine weitere Beladung von DOX in FeIX-SBA-15 zum Verschwinden der (110)- und (200)-Kristallebenen.

Um die mesostrukturellen Parameter der Proben zu erhalten, wurden die Stickstoffsorptionsisothermen aufgezeichnet. Wie in Abb. 1C gezeigt, zeigten alle Proben typische Typ-IV-Isothermen mit einem scharfen kapillaren Kondensationsschritt bei hohen relativen Drücken, was auf die Beibehaltung der Mesostruktur nach chemischen Modifikationen hinweist [24]. Wie in Abb. 1D und Tabelle S2 gezeigt, wurde im Vergleich zu SBA-15 von ~ 6 nm eine Abnahme der Porengröße bei der Konjugation von FeIX/DOX beobachtet, was die Ergebnisse von SAXRD bestätigt. Der DOX-Beladungsgehalt in DOX/SBA-15 und DOX/FeIX-SBA-15 wurde mit 1,14% bzw. 4,27% berechnet. Die Ergebnisse zeigten, dass FeIX-gepfropftes SBA-15 die Belastbarkeit von DOX in den Mesoporen verbesserte, die ~3,7-mal so hoch war wie DOX/SBA-15 und ~~1,6-mal so viel wie DOX/FCA-SBA-15 aus unseren früheren Arbeiten [24]. Diese verbesserte Beladungsfähigkeit von Wirkstoffmolekülen könnte den verfeinerten molekularen Wechselwirkungen zwischen FeIX und DOX zugeschrieben werden.

katalytische Aktivität und Abbauverhalten von geriebenem Hämin auf Mesoporen

Die katalytische Aktivität von FeIX-SBA-15 wurde unter Verwendung von TMB in Gegenwart von H₂ . bewertet O₂ als Modellreaktion [29]. Abbildung 2a zeigt, dass die Absorptionsintensität der Testlösung (TMB + H₂ O₂ + FeIX-SBA-15) nahm mit der katalytischen Reaktionszeit zu. Dementsprechend änderten sich die Lösungen in eine blaue Farbe und wurden mit der Zeit dunkler (Abb. 2b). Die Reaktion fand jedoch nicht statt, wenn entweder H₂ O₂ oder FeIX-SBA-15 fehlte in der Lösung, was eine Peroxidaseaktivität von FeIX-SBA-15 anzeigt. Währenddessen konnte FeIX-SBA-15, wie in Abb. S3A gezeigt, Orange II in Gegenwart von H₂ . abbauen O₂ wie durch die UV-Vis-Absorption innerhalb von 3 Stunden Reaktionszeit überwacht.

a Die UV-Vis-Absorptionsänderung von FeIX-SBA-15 gemischt mit TMB und H₂ O₂ . b Fotos von Lösungen mit TMB, H₂ O₂ , und FeIX-SBA-15 zu unterschiedlichen Zeiten. Das lineare Kalibrierungsdiagramm von H₂ O₂ in Lösung (c ) und auf FeIX-SBA-15 modifizierter Membran (d )

Unter Ausnutzung der festen Form mesoporöser Hämin-Graft-Komposite wurde ein Durchflusskatalyseformat basierend auf der FeIX-SBA-15-immobilisierten kommerziellen Filtermembran auf organische Transformationen getestet [30, 31]. Wie in S3B gezeigt, wenn H₂ O₂ und Orange II-Mischung durch die modifizierte Membran geleitet, verglichen mit der Kontrollmembran mit nur SBA-15 (Fig. S3C), nahm die Absorptionsintensität der Lösung gleichzeitig ab, was darauf hindeutet, dass die FeIX-SBA-15-immobilisierte Membran nach der Wiederverwendung eine große katalytische Aktivität aufweist, die könnte beim Farbstoffabbau in Abwasser eingesetzt werden [32, 33].

Darüber hinaus zeigten Komposite, die Hämin enthielten, im Vergleich zu Meerrettichperoxidase eine bemerkenswerte katalytische Aktivität in einem breiten pH-Bereich, was auf eine ausreichende Stabilität des Hämins unter relativ rauen Bedingungen einschließlich saurer Lösungen zurückzuführen ist [29, 34], was von praktischer Bedeutung ist.

Farbmetrischer Nachweis von H₂ O₂

Basierend auf dem TMB-Katalyse-Reaktionsmodell von FeIX-SBA-15, einer kolorimetrischen Strategie zur Bestimmung von H₂ O₂ in Lösung wurde mit dem in Abb. 2c gezeigten Kalibrierungsdiagramm ermittelt. Der Konzentrationsbereich von H₂ O₂ betrug 25–500 μM mit einer Nachweisgrenze (LOD) von 2,1 μM.

Sequenziell ein einfacher chromogener Nachweis von H₂ O₂ wurde auch durch direktes Filtern von H₂ . entwickelt O₂ verschiedener Konzentrationen durch die mit FeIX-SBA-15 modifizierte kommerzielle Membran. Wie in Abb. 2d gezeigt, wird der lineare Nachweisbereich auf 0,293 bis 8,80 mM mit einer Nachweisgrenze von 0,067 mM geschätzt. Der Vergleich der erhaltenen Analyseparameter mit denen früherer Berichte ist in Tabelle 1 tabellarisch aufgeführt, was auf die Nachweisleistung in Bezug auf die Reaktionsbedingungen wie Katalysatorkonzentration, pH-Wert und Assaytemperatur hinweist [35]. Obwohl die vorgeschlagene Methode diese früheren Berichte nicht übertraf, war ihre analytische Leistung mit einem breiten Kalibrierungskonzentrationsbereich vergleichbar mit chromogenen Methoden.

Zytotoxizitätsassay und dynamische Überwachung der Auswirkungen von DOX-beladenen Komplexen auf Zellen

Wie in Abb. 3 gezeigt, wurden die wachstumshemmenden Wirkungen von Proben auf A549-Zellen zuerst mit dem CCK-8-Kit und den gemessenen halbhemmenden Konzentrationen (IC₅₀ ) von 24 h sind in Tabelle S3 zusammengefasst. Die mit SBA-15 von 150 μg/ml behandelten Zellen behielten immer noch eine Zelllebensfähigkeit von mehr als 80 %, was die geringe Zytotoxizität der Materialien widerspiegelt. Der IC₅₀ von DOX/FeIX-SBA-15 (12,6 μg/ml) war ~ viermal niedriger als von DOX/SBA-15 (58,8 μg/ml) und ~ dreifach niedriger als FeIX-SBA-15 (35,4 μg/ml), was schlugen vor, dass das Pfropfen von FeIX auf SBA-15 effizient war, um DOX zu beladen, um die zytotoxische Wirkung zu verbessern.

Lebensfähigkeit von A549-Zellen, die mit SBA-15, FeIX-SBA-15, DOX, DOX/SBA-15 bzw. DOX/FeIX-SBA-15 inkubiert wurden

Die Wachstumszustände von A549-Zellen, die mit verschiedenen Kompositen behandelt wurden, zeigten die anhaltende Wirkstofffreisetzung in Abb. 4a, b, überwacht durch RTCA, die auf einem markierungsfreien Impedanzerkennungsprinzip basiert, um den physiologischen Zustand der Zellen widerzuspiegeln [41]. Wie in Abb. 4a gezeigt, stiegen bei der getesteten Dosierung die Zellindexwerte von DOX-behandelten Zellen zunächst an und nahmen anschließend schnell ab, wobei ein starker Rückgang der normalisierten Zellindexwerte (NCI) beobachtet wurde, der einen DNA-schädigenden Prozess beinhaltete [42]. Die NCI-Werte sowohl von FeIX-SBA-15 (12,6 μg/ml) als auch von DOX/FeIX-SBA-15 (12,6 μg/ml) waren niedriger als die der Kontrolle, aber es wurde beobachtet, dass die NCI-Werte mit der Inkubationszeit anstiegen. Im Vergleich zu FeIX-SBA-15 stiegen die NCI-Werte der mit DOX/FeIX-SBA-15 behandelten Zellen während der ersten Behandlungsstunden an. Aufgrund des nachhaltigen Freisetzungsverhaltens der Wirkstoffabgabe und der effektiven Konzentrationsakkumulation von DOX, das aus den Mesoporen von DOX/FeIX-SBA-15 freigesetzt wurde, reichte es jedoch nicht aus, die meisten Zellen abzutöten, das Zellwachstum von A549-Zellen, die mit DOX/ FeIX-SBA-15 zeigte einen relativ stabilen und hemmenden Zustand, während die Zellindexwerte von mit FeIX-SBA-15 behandelten Zellen im nächsten Prozess signifikant anstiegen. Am IC₅₀ Konzentration von 12,6 μg/ml (CCK-8) wurde der NCI-Wert von DOX/FeIX-SBA-15 nach 24 h höher als die 50% der Kontrollgruppe gefunden. Daher wurde eine Mehrfachdosis-Wirkung von DOX/FeIX-SBA-15 auf Zellen aufgezeichnet (Abb. 4B) und die abgeleiteten Dosis-Wirkungs-Kurven aus dem aufgezeichneten NCI von DOX/FeIX-SBA-15 wurden mit der RTCA-Software berechnet (Abb . 4c, d). Der IC₅₀ Der Wert der mit DOX/FeIX-SBA-15 behandelten Zellen wurde mit 15,0 (24 h) bestimmt, was mit CCK-8-Tests übereinstimmt. Und nach 48 Stunden Inkubation die IC₅₀ berechnet wurden 6,7 (48 h) µg/ml.

Das Zellwachstum von A549-Zellen, die mit verschiedenen Materialien behandelt wurden (a ) und (b ) verschiedene Konzentrationen von DOX/FeIX-SBA-15 (a-f:1,6, 3,2, 6,3, 12,6, 25,2 und 50,4 µg/ml) mit den Dosis-Wirkungs-Kurven (c , d ). Die schwarze Linie in Abb. a &b schlägt den Zeitpunkt des Hinzufügens von Materialien vor

Schlussfolgerung

In dieser Studie haben wir erfolgreich Häminmoleküle auf SBA-15 für mehrere Anwendungen gepfropft. Das konstruierte FeIX-SBA-15 war wünschenswert, um Krebsmedikamente zu beladen, und war wirksam, um TMB zu katalysieren und Acid Orange II sowohl in Lösung als auch auf der Membran in Gegenwart von H₂ . abzubauen O₂ . Auf Basis der TMB-Katalyse-Modellreaktion, einer kolorimetrischen Strategie zur quantitativen Analyse von H₂ O₂ wurde gegründet. Außerdem begünstigte das mit FeIX gepfropfte SBA-15 einen relativ hohen DOX-Beladungsgehalt und eine verbesserte Hemmwirkung auf das Krebszellwachstum im Vergleich zu DOX/SBA-15. Unterdessen wurde die Zytotoxizität von DOX/FeIX-SBA-15 auf A549 dynamisch durch RTCA überwacht, was offensichtlich auf ein verzögertes Freisetzungsverhalten von Wirkstoffmolekülen DOX aus Mesoporen hindeutet. Auf dieser Grundlage reduzierte dieses Wirkstoffabgabesystem die Zytotoxizität von DOX, war jedoch weiterhin wirksam bei der Hemmung des Wachstums von Tumorzellen. Zusammengenommen könnte das von uns als feste Katalysator- und Wirkstoffabgabesystem hergestellte Hämin-gepfropfte mesoporöse Siliziumdioxid-Nanokomposit eine vielseitige Nanoplattform mit enormen biomedizinischen Potenzialen bieten.

Verfügbarkeit von Daten und Materialien

Alle Daten sind uneingeschränkt verfügbar.