Abstract The hierarchical assembly of gold nanoparticles (GNPs) allows the localized surface plasmon resonance peaks to be engineered to the near‐infrared (NIR) region for enhanced photothermal therapy (PTT). Herein we report a novel theranostic platform based on biodegradable plasmonic gold nanovesicles for photoacoustic (PA) imaging and PTT. The disulfide bond at the terminus of a PEG‐ b ‐PCL block‐copolymer graft enables dense packing of GNPs during the assembly process and induces ultrastrong plasmonic coupling between adjacent GNPs. The strong NIR absorption induced by plasmon coupling and very high photothermal conversion efficiency ( η =37 %) enable simultaneous thermal/PA imaging and enhanced PTT efficacy with improved clearance of the dissociated particles after the completion of PTT. The assembly of various nanocrystals with tailored optical, magnetic, and electronic properties into vesicle architectures opens new possibilities for the construction of multifunctional biodegradable platforms for biomedical applications.

A multifunctional theranostic platform based on photosensitizer-loaded plasmonic vesicular assemblies of gold nanoparticles (GNPs) is developed for effective cancer imaging and treatment. The gold vesicles (GVs) composed of a monolayer of assembled GNPs show strong absorbance in the near-infrared (NIR) range of 650-800 nm, as a result of the plasmonic coupling effect between neighboring GNPs in the vesicular membranes. The strong NIR absorption and the capability of encapsulating photosensitizer Ce6 in GVs enable trimodality NIR fluorescence/thermal/photoacoustic imaging-guided synergistic photothermal/photodynamic therapy (PTT/PDT) with improved efficacy. The Ce6-loaded GVs (GV-Ce6) have the following characteristics: (i) high Ce6 loading efficiency (up to ~18.4 wt %; (ii) enhanced cellular uptake efficiency of Ce6; (iii) simultaneous trimodality NIR fluorescence/thermal/photoacoustic imaging; (iv) synergistic PTT/PDT treatment with improved efficacy using single wavelength continuous wave laser irradiation.

Chlorin e6 conjugated gold nanostars (GNS-PEG-Ce6) are used to perform simultaneous photodynamic/plasmonic photothermal therapy (PDT/PPTT) upon single laser irradiation. The early-phase PDT effect is coordinated with the late-phase PPTT effect to obtain synergistic anticancer efficiency. The prepared GNS-PEG-Ce6 shows excellent water dispersibility, good biocompatibility, enhanced cellular uptake and remarkable anticancer efficiency upon irradiation in vivo.

Abstract Understanding the complex interaction between nanoparticles (NPs) and tumors in vivo and how it dominates the delivery efficacy of NPs is critical for the translation of nanomedicine. Herein, we proposed an interpretable XGBoost-SHAP model by integrating the information of NPs physicochemical properties and tumor genomic profile to predict the delivery efficacy. The correlation coefficients were > 0.99 for all training sets, and 0.830, 0.839, and 0.741 for the prediction of maximum delivery efficacy (DEmax), delivery efficacy at 24 h (DE24), and delivery efficacy at 168 (DE168) for test sets. The analysis of the feature importance revealed that the tumor genomic mutations and their interaction with NPs properties played an important role in the delivery of NPs. The functional profile of the NP-delivery-related genes was further explored through gene ontology enrichment analysis. Our work provides a method to accurately predict the delivery efficacy of NPs to heterogeneous tumors and highlights the power of simultaneously using omics data and interpretable machine learning algorithms for discovering the interaction between NPs and tumors, which is important for the development of precision nanomedicine.

Photothermal and photodynamic therapies (PTT/PDT) hold promise for localized tumor treatment, yet their full potential is hampered by limitations such as the hypoxic tumor microenvironment and inadequate systemic immune activation. Addressing these challenges, we present a novel near-infrared (NIR)-triggered RNS nanoreactor (PBNO-Ce6) to amplify the photodynamic and photothermal therapy efficacy against triple-negative breast cancer (TNBC). The designed PBNO-Ce6 combines sodium nitroprusside-doped Prussian Blue nanoparticles with Chlorin e6 to enable on-site RNS production through NIR-induced concurrent NO release and ROS generation. This not only enhances tumor cell eradication but also potentiates local and systemic antitumor immune responses, protecting mice from tumor rechallenge. Our in vivo evaluations revealed that treatment with PBNO-Ce6 leads to a remarkable 2.7-fold increase in cytotoxic T lymphocytes and a 62% decrease in regulatory T cells in comparison to the control PB-Ce6 (Prussian Blue nanoparticles loaded with Chlorin e6), marking a substantial improvement over traditional PTT/PDT. As such, the PBNO-Ce6 nanoreactor represents a transformative approach for improving outcomes in TNBC and potentially other malignancies affected by similar barriers.