辐射合成的壳聚糖包被二氧化钛纳米颗粒对肝细胞癌的潜在影响：在大鼠模型中通过AMPK、mTOR和ULK-1通路调控自噬

《Bioorganic Chemistry》：The potential impact of radiation-synthesized chitosan coated titanium dioxide nanoparticles on hepatocellular carcinoma: Modulation of autophagy via AMPK, mTOR, and ULK-1 pathways in a rat model

　　壳聚糖-二氧化钛纳米粒子通过清洁辐射诱导聚合成功制备。合成的纳米复合材料表现出优异的结构和物理性质。壳聚糖-二氧化钛纳米粒子减轻了二乙基亚硝胺诱导的大鼠肝细胞癌。该纳米复合材料恢复了肝功能并逆转了肝组织损伤。治疗功效通过调节 AMPK/mTOR/ULK-1 通路实现。引言原发性肝癌，特别是肝细胞癌，由于诊断延迟、多重耐药以及与常规化疗药物相关的严重全身毒性，仍然是全球癌症相关死亡的主要原因之一。手术、局部消融和全身化疗等传统疗法往往无法实现对晚期疾病的持久控制，并经常受到肿瘤异质性和肝硬化肝脏脆弱代谢环境的限制。因此，迫切需要既能抑制肿瘤生长又能保护肝功能并最小化脱靶毒性的治疗策略。纳米技术提供了一个变革性平台，通过实现靶向药物递送、优化肝脏药代动力学以及通过粒子与细胞信号网络的特异性相互作用调节肿瘤生物学，来解决这些挑战。近年来，杂化有机-无机纳米复合材料和基于生物聚合物的表面修饰在药物和生物医学应用中获得了广泛关注。经过设计的杂化结构——如温度和刺激响应性多层膜、嵌段共聚物修饰的纳米结构和纳米胶囊递送平台——在控释药物、提高治疗剂生物利用度和靶向递送方面表现出了卓越的效力。此外，将壳聚糖等生物聚合物与无机核纳米粒子结合，提供了功能涂层，优化了空间稳定性、生物相容性和响应性释放动力学，而新型生物传感和放大平台继续展示了功能化纳米复合材料多样化的诊断和治疗潜力。壳聚糖是一种从甲壳素衍生而来的环保、生物相容性多糖，通过作为溶剂化剂、药物稳定剂和响应性药物释放平台，在癌症治疗中作为极具前景的纳米载体。除了作为载体的用途之外，壳聚糖还具有内在的药理特性，包括抗菌和抗癌特性。同时，二氧化钛纳米粒子提供了一种多功能无机核，具有独特的光学和催化特性，能够在不引起过度全身毒性的情况下调节细胞氧化还原状态和细胞内信号传导。将壳聚糖等有机大分子与二氧化钛等功能性无机底物结合，产生了具有协同物理化学和生物特性的生物杂化基质，这是任一单独组分所无法实现的。用壳聚糖覆盖二氧化钛纳米粒子通过壳聚糖主链上质子化氨基与表面结合的钛离子之间的强配位交联，抑制了颗粒自聚集，从而确保均匀分散和生物利用度。参与肝细胞癌进展的经典信号轴包括 Wnt/beta-catenin 和 NOTCH1 通路，它们驱动肝细胞增殖和细胞存活。这些增殖通路与自噬相关信号传导之间的串扰——由能量感知和营养感知通路介导，特别是 AMP 激活的蛋白激酶和雷帕霉素靶蛋白——日益被认为是细胞命运的关键决定因素。自噬在肝脏质量控制中发挥关键作用，由 AMPK 和 ULK-1 激活调控，而 mTOR 作为其关键负调控因子。因此，能够重新校准这一自噬轴同时抑制致癌信号传导的治疗策略对肝癌管理具有重大前景。本研究旨在评估辐射合成的壳聚糖包覆二氧化钛纳米粒子是否通过对自噬、氧化还原状态和致癌信号通路进行协同调节，为大鼠二乙基亚硝胺诱导的肝细胞癌提供保护。具体而言，我们假设壳聚糖-二氧化钛纳米粒子：（一）通过下调 beta-catenin 和 NOTCH1 来减弱促肿瘤信号传导；（二）通过 AMPK 和 ULK-1 激活以及 mTOR 抑制重新激活自噬起始信号传导，以促进受损细胞器清除；（三）恢复氧化还原稳态以减轻氧化性肝和肾损伤。通过整合组织病理学评估与生物化学和分子读数——涵盖肝肾功能、氧化应激、自噬调节因子和凋亡信号传导——本研究为壳聚糖-二氧化钛纳米粒子在临床相关肝癌模型中的治疗和肝保护效应建立了机制框架。章节摘要材料N,N-亚硝基二乙胺、5-氟尿嘧啶、壳聚糖、二氧化钛和本研究中使用的所有其他化学品和试剂均为高分析纯度，购自 Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。没食子酸-二氧化钛纳米复合材料的制备没食子酸-二氧化钛纳米复合材料使用没食子酸和二氧化钛合成。含 10 wt% 没食子酸的纳米粒子通过将所需量的没食子酸添加到含二氧化钛悬浮液（0.05 g 二氧化钛）的碱性水溶液（氢氧化钠）中制备。壳聚糖-二氧化钛纳米粒子的表征在本研究中，合成了一种新型壳聚糖-二氧化钛纳米粒子，借助没食子酸作为还原和稳定剂。所得纳米粒子以悬浮液形式生长，随后用于进一步的结构表征。为确定壳聚糖-二氧化钛纳米粒子的精细纳米结构，评估和研究了以下物理化学分析：A- 透射电子显微镜：透射电子显微镜成像讨论纳米技术通过实现靶向递送、提高药物生物利用度和减轻全身毒性，已经改变了肝癌治疗。在肝细胞癌——一种通常受多重耐药和严重肝毒性阻碍的恶性肿瘤——纳米尺度平台提供了调节肿瘤存活通路的独特机会。本研究对辐射合成的壳聚糖包覆二氧化钛纳米粒子进行了全面评估，既在体外也在……（原文截断）结论总之，综合的体外和体内数据支持这样一个模型：壳聚糖-二氧化钛纳米粒子对肝细胞癌细胞发挥直接抗增殖活性，并在二乙基亚硝胺驱动的大鼠模型中提供肝保护益处，同时抑制氧化应激和肿瘤相关生物标志物信号传导。提出的机制以通过 AMPK、mTOR 和 ULK-1 轴调节自噬为中心，提供了一个连贯的框架，与观察到的肝脏和……改善一致（原文截断）。伦理声明所有涉及动物的程序均符合美国国家卫生研究院制定的指南，并得到埃及开罗原子能机构国家放射性同位素和辐射技术中心伦理委员会的批准。研究方案按照 3Rs 原则——替代、减少和优化——制定，并在方案编号 98PA/25 下获得批准。知情同意声明本文章中没有人类受试者，知情同意不适用。出版同意声明不适用。参与同意声明不适用。CRediT 作者贡献声明Omnia Ahmed Mohamed：方法论、调查、资金获取。Sawsan Mohamed Elsonbaty：方法论。Eman Ibrahim Kandil：监督、项目管理。Shaimaa Rihan：监督、调查。Nermeen Mohamed Elbakary：撰写——初稿、监督、项目管理、方法论、调查。资助声明作者未获得财务支持进行本文章的研究、撰写和/或发表。利益冲突声明作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系，这些可能影响本文报道的工作。作者：Omnia Ahmed Mohamed|Sawsan Mohamed Elsonbaty|Eman Ibrahim Kandil|Shaimaa Rihan|Nermeen Mohamed Elbakary