Use of amphiphilic triblock copolymers to direct the organization of polymerizing silica species has resulted in the preparation of well-ordered hexagonal mesoporous silica structures (SBA-15) with uniform pore sizes up to approximately 300 angstroms. The SBA-15 materials are synthesized in acidic media to produce highly ordered, two-dimensional hexagonal (space group p6mm) silica-block copolymer mesophases. Calcination at 500 degrees C gives porous structures with unusually large interlattice d spacings of 74.5 to 320 angstroms between the (100) planes, pore sizes from 46 to 300 angstroms, pore volume fractions up to 0.85, and silica wall thicknesses of 31 to 64 angstroms. SBA-15 can be readily prepared over a wide range of uniform pore sizes and pore wall thicknesses at low temperature (35 degrees to 80 degrees C), using a variety of poly(alkylene oxide) triblock copolymers and by the addition of cosolvent organic molecules. The block copolymer species can be recovered for reuse by solvent extraction with ethanol or removed by heating at 140 degrees C for 3 hours, in both cases, yielding a product that is thermally stable in boiling water.

A family of highly ordered mesoporous (20−300 Å) silica structures have been synthesized by the use of commercially available nonionic alkyl poly(ethylene oxide) (PEO) oligomeric surfactants and poly(alkylene oxide) block copolymers in acid media. Periodic arrangements of mescoscopically ordered pores with cubic Im3̄m, cubic Pm3̄m (or others), 3-d hexagonal (P63/mmc), 2-d hexagonal (p6mm), and lamellar (Lα) symmetries have been prepared. Under acidic conditions at room temperature, the nonionic oligomeric surfactants frequently form cubic or 3-d hexagonal mesoporous silica structures, while the nonionic triblock copolymers tend to form hexagonal (p6mm) mesoporous silica structures. A cubic mesoporous silica structure (SBA-11) with Pm3̄m diffraction symmetry has been synthesized in the presence of C16H33(OCH2CH2)10OH (C16EO10) surfactant species, while a 3-d hexagonal (P63/mmc) mesoporous silica structure (SBA-12) results when C18EO10 is used. Surfactants with short EO segments tend to form lamellar mesostructured silica at room temperature. Hexagonal mesoporous silica structures with d(100) spacings of 64−77 Å can be synthesized at 100 °C by using oligomeric nonionic surfactants. Highly ordered hexagonal mesoporous silica structures (SBA-15) with unusually large d(100) spacings of 104−320 Å have been synthesized in the presence of triblock poly(ethylene oxide)−poly(propylene oxide)−poly(ethylene oxide) (PEO−PPO−PEO) copolymers. SBA-15 mesoporous structures have been prepared with BET surface areas of 690−1040 m2/g, pore sizes of 46−300 Å, silica wall thicknesses of 31−64 Å, and pore volumes as large as 2.5 cm3/g. A novel cubic (Im3̄m) cage-structured mesoporous silica structure (SBA-16) with a large cell parameter (a = 176 Å) has been synthesized using triblock copolymers with large PEO segments. The EO/PO ratio of the copolymers can be used to control the formation of the silica mesophase: lowering this ratio of the triblock copolymer moieties promotes the formation of lamellar mesostructured silica, while higher ratios favor cubic mesostructured silica. Cubic mesoporous structures are also obtained when star diblock copolymers are used as structure-directing agents. The calcined ordered mesoporous silicas reported in this paper are thermally stable in boiling water for at least 48 h. The assembly of the inorganic and organic periodic composite materials appears to take place by a hydrogen bonding (S0 H+)(X-I+) pathway. The assembly rate r increases with increasing concentration of [H+] and [Cl-], according to the kinetic expression r = k[H+]0.31[Cl-]0.31.

Background— Silent information regulator 1 (Sirt1), a class III histone deacetylase, retards aging and protects the heart from oxidative stress. We here examined whether Sirt1 is protective against myocardial ischemia/reperfusion (I/R). Methods and Results— Protein and mRNA expression of Sirt1 is significantly reduced by I/R. Cardiac-specific Sirt1 −/− mice exhibited a significant increase (44±5% versus 15±5%; P =0.01) in the size of myocardial infarction/area at risk. In transgenic mice with cardiac-specific overexpression of Sirt1, both myocardial infarction/area at risk (15±4% versus 36±8%; P =0.004) and terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling–positive nuclei (4±3% versus 10±1%; P <0.003) were significantly reduced compared with nontransgenic mice. In Langendorff-perfused hearts, the functional recovery during reperfusion was significantly greater in transgenic mice with cardiac-specific overexpression of Sirt1 than in nontransgenic mice. Sirt1 positively regulates expression of prosurvival molecules, including manganese superoxide dismutase, thioredoxin-1, and Bcl-xL, whereas it negatively regulates the proapoptotic molecules Bax and cleaved caspase-3. The level of oxidative stress after I/R, as evaluated by anti-8-hydroxydeoxyguanosine staining, was negatively regulated by Sirt1. Sirt1 stimulates the transcriptional activity of FoxO1, which in turn plays an essential role in mediating Sirt1-induced upregulation of manganese superoxide dismutase and suppression of oxidative stress in cardiac myocytes. Sirt1 plays an important role in mediating I/R-induced increases in the nuclear localization of FoxO1 in vivo. Conclusions— These results suggest that Sirt1 protects the heart from I/R injury through upregulation of antioxidants and downregulation of proapoptotic molecules through activation of FoxO and decreases in oxidative stress.

Abstract Controlled delivery of protein therapeutics remains a challenge. Here, the inclusion of diselenide‐bond‐containing organosilica moieties into the framework of silica to fabricate biodegradable mesoporous silica nanoparticles (MSNs) with oxidative and redox dual‐responsiveness is reported. These diselenide‐bridged MSNs can encapsulate cytotoxic RNase A into the 8–10 nm internal pores via electrostatic interaction and release the payload via a matrix‐degradation controlled mechanism upon exposure to oxidative or redox conditions. After surface cloaking with cancer‐cell‐derived membrane fragments, these bioinspired RNase A‐loaded MSNs exhibit homologous targeting and immune‐invasion characteristics inherited from the source cancer cells. The efficient in vitro and in vivo anti‐cancer performance, which includes increased blood circulation time and enhanced tumor accumulation along with low toxicity, suggests that these cell‐membrane‐coated, dual‐responsive degradable MSNs represent a promising platform for the delivery of bio‐macromolecules such as protein and nucleic acid therapeutics.

Rheb is a GTP-binding protein that promotes cell survival and mediates the cellular response to energy deprivation (ED). The role of Rheb in the regulation of cell survival during ED has not been investigated in the heart.Rheb is inactivated during cardiomyocyte (CM) glucose deprivation (GD) in vitro, and during acute myocardial ischemia in vivo. Rheb inhibition causes mTORC1 inhibition, because forced activation of Rheb, through Rheb overexpression in vitro and through inducible cardiac-specific Rheb overexpression in vivo, restored mTORC1 activity. Restoration of mTORC1 activity reduced CM survival during GD and increased infarct size after ischemia, both of which were accompanied by inhibition of autophagy, whereas Rheb knockdown increased autophagy and CM survival. Rheb inhibits autophagy mostly through Atg7 depletion. Restoration of autophagy, through Atg7 reexpression and inhibition of mTORC1, increased cellular ATP content and reduced endoplasmic reticulum stress, thereby reducing CM death induced by Rheb activation. Mice with high-fat diet-induced obesity and metabolic syndrome (HFD mice) exhibited deregulated cardiac activation of Rheb and mTORC1, particularly during ischemia. HFD mice presented inhibition of cardiac autophagy and displayed increased ischemic injury. Pharmacological and genetic inhibition of mTORC1 restored autophagy and abrogated the increase in infarct size observed in HFD mice, but they failed to protect HFD mice in the presence of genetic disruption of autophagy.Inactivation of Rheb protects CMs during ED through activation of autophagy. Rheb and mTORC1 may represent therapeutic targets to reduce myocardial damage during ischemia, particularly in obese patients.

NAD+ acts not only as a cofactor for cellular respiration but also as a substrate for NAD(+)-dependent enzymes, such as Sirt1. The cellular NAD+ synthesis is regulated by both the de novo and the salvage pathways. Nicotinamide phosphoribosyltransferase (Nampt) is a rate-limiting enzyme in the salvage pathway.Here we investigated the role of Nampt in mediating NAD+ synthesis in cardiac myocytes and the function of Nampt in the heart in vivo.Expression of Nampt in the heart was significantly decreased by ischemia, ischemia/reperfusion and pressure overload. Upregulation of Nampt significantly increased NAD+ and ATP concentrations, whereas downregulation of Nampt significantly decreased them. Downregulation of Nampt increased caspase 3 cleavage, cytochrome c release, and TUNEL-positive cells, which were inhibited in the presence of Bcl-xL, but did not increase hairpin 2-positive cells, suggesting that endogenous Nampt negatively regulates apoptosis but not necrosis. Downregulation of Nampt also impaired autophagic flux, suggesting that endogenous Nampt positively regulates autophagy. Cardiac-specific overexpression of Nampt in transgenic mice increased NAD+ content in the heart, prevented downregulation of Nampt, and reduced the size of myocardial infarction and apoptosis in response to prolonged ischemia and ischemia/reperfusion.Nampt critically regulates NAD+ and ATP contents, thereby playing an essential role in mediating cell survival by inhibiting apoptosis and stimulating autophagic flux in cardiac myocytes. Preventing downregulation of Nampt inhibits myocardial injury in response to myocardial ischemia and reperfusion. These results suggest that Nampt is an essential gatekeeper of energy status and survival in cardiac myocytes.

Fluorescent carbon dots (CDs) with a size smaller than 10 nm, excellent biocompatibility, and low to no cytotoxicity are considered as a rising star in nanomedicine. In this report, for the first time we demonstrate that green-emitting CDs with a carboxyl-rich surface can be employed as a trackable drug delivery agent for localized cancer treatment in a mouse model. The CDs are conjugated with the cancer drug, Doxorubicin (DOX), via non-covalent bonding, utilizing the native carboxyl groups on CDs and the amine moiety on DOX molecules. The pH difference between cancer and normal cells was successfully exploited as the triggering mechanism for DOX release. Our in vivo study demonstrated that the fluorescent CDs can serve as a targeted drug delivery system for localized therapy, and the stimuli-responsive non-covalent bonding between the nanodot carrier and the drug molecule is sufficiently stable in complex biological systems. Taken together, our work provides a strategy to promote the potential clinical application of CDs in cancer theranostics.

Abstract Photodynamic therapy (PDT) is clinically promising in destructing primary tumors but ineffective against distant metastases. This study reports the use of immunogenic nanoparticles mediated combination of PDT and magnetic hyperthermia to synergistically augment the anti‐metastatic efficacy of immunotherapy. Janus nanobullets integrating chlorine e6 (Ce6) loaded, disulfide‐bridged mesoporous organosilica bodies with magnetic heads (M‐MONs@Ce6) are tailored for redox/pH‐triggered photosensitizer release accompanying their matrix degradation. Cancer cell membrane cloaking enables favorable tumor‐targeted accumulation and prolonged blood circulation time of M‐MONs@Ce6. The combination of PDT and magnetic hyperthermia has a strong synergy anticancer activity and simultaneously elicits a sequence of immunogenic cell death, resulting in synergistically tumor‐specific immune responses. When combined with anti‐CTLA‐4 antibody, the biomimetic and biodegradable nanoparticle enables the notable eradication of primary and deeply metastatic tumors with low systematic toxicity, thus potentially advancing the development of combined hyperthermia, PDT, and checkpoint blockade immunotherapy to combat cancer metastasis.