Facile Metrics Monitor Effective Degradation of Inorganic-organic Nanohybrids

Abstract

Derzeit entwickeln sich organisch-inorganische Nanohybride (NHs) zu aussichtsreichen Nanoplattformen für die Krebsbehandlung und Detektion von Biomarkern mit exzellenter Performance. Leider ist die weitere Entwicklung dieser biologischen Anwendungen noch eingeschränkt, vor allem die Zersetzung der NHs bei der Zellaufnahme. Da der Großteil der NHs entweder durch die digestiven Bedingungen zersetzt oder durch die biologische Matrix verändert wird, ist es im Hinblick auf die geringe Effizienz bei der Zielsuche und Aufnahme bei nicht-spezifischen Zellen sinnvoll, den Degradierungsprozess mit Hilfe quantitativer Strategien neu abzuschätzen. Weil die Erforschung von Nanostrukturen nicht nur die Grundvoraussetzung für die Entwicklung maßgeschneiderter Nanostrukturen darstellt, sondern auch die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass sie ihr Versprechen der Haltbarkeit erfüllen, werden wir in dieser Studie den wirksamen Abbau untersuchen, der die mit dem Zellwachstum und der Exozytose verbundenen Herausforderungen bewältigt. Zur Festlegung der Methoden für die Studie zu den Zersetzungsprozessen wurden zwei Arten von NHs, Seltenerden-NHs und metallorganische Gerüstverbindungen (metalorganic frameworks; MOF) für die folgenden Studien verwendet: 1) Untersuchung der Abbaustudie für den Test in Säurepuffer und in vitro-Bedingungen, 2) Überprüfung der genauen Formänderung während des Abbauprozesses, 3) Untersuchung der Beziehung zwischen Zellwachstum und Zellabbau. Zusammenfassend stellen wir einfache Metriken zur Verfolgung des Abbaus von NHs vor. Da diese Methode die Abbauszenarien des Polymerteils und des anorganischen Kerns im Säurepuffer und im Zellzustand verifiziert, halten wir sie für ein geeignetes Modell zur Überwachung der biologischen Veränderung der klassischen NHs-Struktur.

Currently, organic-inorganic nanohybrids (NHs) emerge as promising and sophisticated nanoplatforms for the treatment of cancer as well as detection of biomarker with excellent performance. Unfortunately, the further development of its biological application is often hampered by the degradation of NHs in the course of cellular journey. Since the majority of NHs are either degraded in the digestive condition or changed by biological matrix, its low targeting efficiency suggest that it is of necessity to re-evaluate the degradation process with the help of quantitative strategies. Probing into NHs degradation not only provides prerequisite knowledge for designing more tailored nanostructures, but also increases the probability to accomplish their holding promise. Thereafter, we are going to explore the effective degradation of NHs in this study, which overcomes the challenges associated with cell growth and exocytosis. To establish the methods for degradation study, two types of NHs, rare earth NHs and metal-organic frameworks (MOF), have been adopted for following studies: 1) investigation of degradation study for the test at acid buffer and in vitro condition, 2) inspection of precise shape change during the degradation process, 3) exploration of the relationship between cell growth and cellular degradation. Conclusively, we come up with facile metrics for tracking the degradation of NHs. As this method verifies the degradation scenarios of the polymeric part and inorganic core in the acid buffer and cellular condition, we believe it is a suitable model for monitoring the biological fate of classic NHs structure.