Size-dependent therapeutic efficiency of 223Ra-labeled calcium carbonate carriers for internal radionuclide therapy of breast cancer

文献情報

出版日 2023-11-23
DOI 10.1039/D3BM01651J
インパクトファクター 6.843
著者

Arina S. Ivkina, Mikhail V. Zyuzin, Sergei A. Shipilovskikh


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要旨

The size of drug carriers strongly affects their biodistribution, tissue penetration, and cellular uptake in vivo. As a result, when such carriers are loaded with therapeutic compounds, their size can influence the treatment outcomes. For internal α-radionuclide therapy, the carrier size is particularly important, because short-range α-emitters should be delivered to tumor volumes at a high dose rate without any side effects, i.e. off-target irradiation and toxicity. In this work, we aim to evaluate and compare the therapeutic efficiency of calcium carbonate (CaCO3) microparticles (MPs, >2 μm) and nanoparticles (NPs, <100 nm) labeled with radium-223 (223Ra) for internal α-radionuclide therapy against 4T1 breast cancer. To do this, we comprehensively study the internalization and penetration efficiency of these MPs and NPs, using 2D and 3D cell cultures. For further therapeutic tests, we develop and modify a chelator-free method for radiolabeling of CaCO3 MPs and NPs with 223Ra, improving their radiolabeling efficiency (>97%) and radiochemical stability (>97%). After intratumoral injection of 223Ra-labeled MPs and NPs, we demonstrate their different therapeutic efficiencies against a 4T1 tumor. In particular, 223Ra-labeled NPs show a tumor inhibition of approximately 85%, which is higher compared to 60% for 223Ra-labeled MPs. As a result, we can conclude that 223Ra-labeled NPs have a more suitable biodistribution within 4T1 tumors compared to 223Ra-labeled MPs. Thus, our study reveals that 223Ra-labeled CaCO3 NPs are highly promising for internal α-radionuclide therapy.

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Biomaterials Science

Biomaterials Science
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Biomaterials Science is an international high impact journal exploring the science of biomaterials and their translation towards clinical use. Its scope encompasses new concepts in biomaterials design, studies into the interaction of biomaterials with the body, and the use of materials to answer fundamental biological questions. Papers do not necessarily need to report a new biomaterial but should provide novel insight into the biological applications of the biomaterial. Articles that primarily focus on demonstrating novel materials chemistry and bring a molecular picture to bear on a given material’s suitability as a biomaterial are more suited to our companion journal, Journal of Materials Chemistry B. Biomaterials Science publishes primary research and review-type articles in the following areas: molecular design of biomaterials, including translation of emerging chemistries to biomaterials science of cells and materials at the nanoscale and microscale materials as model systems for stem cell and human biology materials for tissue engineering and regenerative medicine (Nano)materials and (nano)systems for therapeutic delivery interactions at the biointerface biologically inspired and biomimetic materials, including bio-inspired self-assembly systems and cell-inspired synthetic tools next-generation biomaterials tools and methods

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