Crumpled Aluminum Hydroxide Nanostructures as a Microenvironment Dysregulation Agent for Cancer Treatment

Abstract

Owing to their unique physicochemical properties, nanomaterials have become a focus of multidisciplinary research efforts including investigations of their interactions with tumor cells and stromal compartment of tumor microenvironment (TME) toward the development of next-generation anticancer therapies. Here, we report that agglomerates of radially assembled Al hydroxide crumpled nanosheets exhibit anticancer activity due to their selective adsorption properties and positive charge. This effect was demonstrated in vitro by decreased proliferation and viability of tumor cells, and further confirmed in two murine cancer models. Moreover, Al hydroxide nanosheets almost completely inhibited the growth of murine melanoma in vivo in combination with a minimally effective dose of doxorubicin. Our direct molecular dynamics simulation demonstrated that Al hydroxide nanosheets can cause significant ion imbalance in the living cell perimembranous space through the selective adsorption of extracellular anionic species. This approach to TME dysregulation could lay the foundation for development of novel anticancer therapy strategies.

Anticancer Activity of Crumpled Aluminum Nanosheets Through Disruption of Ion Balance in Tumor Microenvironment

“…Furthermore, the antitumor effect of Aloohene administered in vivo has been shown on two different mouse tumor models demonstrating the compound versatility. The intratumoral injections of Aloohene resulted in a significant reduction of tumor growth as compared to the non-treated mice 6 . Finally, using the direct molecular dynamic stimulation we have confirmed that Aloohene can alter ion concentration in the perimembranous space and thereby affect ion transport, tumor cell nutrition, and vital cellular functions thus providing a plausible explanation for the anticancer effect of this type of nanomaterials.…”

Application of Crumpled Aluminum Hydroxide Nanostructures for Cancer Treatment

“…According to the results of the elemental analysis, nitrogen is found in all particles, however it is distributed in spherical particles non-uniformly ( Fig. 1a), indicating [38] presence of metallic aluminum in them. The average particle size is 85 nm (Fig.…”

ADSORBCIJa GEMOSTATIChESKOGO SREDSTVA NANOLISTAMI AlOOH I Fe(OH)2: MOLEKULJaRNAJa DINAMIKA

“…АДСОРБЦИЯ ГЕМОСТАТИЧЕСКОГО СРЕДСТВА НАНОЛИСТАМИ AlOOH И Fe(OH)2: МОЛЕКУЛЯРНАЯ ДИНАМИКА 1 Цуканов А.А., 2 Мамонова Е.В., 2 Гаврилова Л.О., 3 Садовой М.А. 1 Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Томск, Россия 2 Инновационный медико-технологический центр (Медицинский технопарк), Новосибирск, Россия 3 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации, Новосибирск, Россия.…”

“…Разработка наночастиц (окси)гидроксидов металлов, выступающих в качестве агрегатора коагуляционных белков и способных изменять ионный баланс биологической среды, является перспективным направлением для создания материалов с гемостатическим действием. В частности, (окси)гидроксиды Al и Fe со слоистой структурой являются хорошими кандидатами в качестве агентов для модуляции параметров биологических жидкостей [1], благодаря большой удельной поверхности [2,3], высокой плотности поверхностного заряда [4] уникальным кислотно-щелочным или амфотерным свойствам [5], а также селективности в адсорбции биомолекул и ионов биосреды [6,7]. Более того, недавно было показано, что такие наноматериалы могут проявлять гемостатическое действие, в частности, волокнистый материал, содержащий низкоразмерные электроположительные наноструктуры оксигидроксида алюминия (γ-AlOOH), сокращает время паренхиматозного кровотечения [8].…”