Spurred by recent progress in medicinal chemistry, numerous lead compounds have sprung up in the past few years, although the majority are hindered by hydrophobicity, which greatly challenges druggability. In an effort to assess the potential of platinum (Pt) candidates, the nanosizing approach to alter the pharmacology of hydrophobic Pt(IV) prodrugs in discovery and development settings is described. The construction of a self-assembled nanoparticle (NP) platform, composed of amphiphilic lipid-polyethylene glycol (PEG) for effective delivery of Pt(IV) prodrugs capable of resisting thiol-mediated detoxification through a glutathione (GSH)-exhausting effect, offers a promising route to synergistically improving safety and efficacy. After a systematic screening, the optimized NPs (referred to as P6 NPs) exhibited small particle size (99.3 nm), high Pt loading (11.24%), reliable dynamic stability (∼7 days), and rapid redox-triggered release (∼80% in 3 days). Subsequent experiments on cells support the emergence of P6 NPs as a highly effective means of transporting a lethal dose of cargo across cytomembranes through macropinocytosis. Upon reduction by cytoplasmic reductants, particularly GSH, P6 NPs under disintegration released sufficient active Pt(II) metabolites, which covalently bound to target DNA and induced significant apoptosis. The PEGylation endowed P6 NPs with in vivo longevity and tumor specificity, which were essential to successfully inhibiting the growth of cisplatin-sensitive and -resistant xenograft tumors, while effectively alleviating toxic side-effects associated with cisplatin. P6 NPs are, therefore, promising for overcoming the bottleneck in the development of Pt drugs for oncotherapy.

Loss of function in tumor suppressor genes is commonly associated with the onset/progression of cancer and treatment resistance. The p53 tumor suppressor gene, a master regulator of diverse cellular pathways, is frequently altered in various cancers, for example, in ~36% of hepatocellular carcinomas (HCCs) and ~68% of non-small cell lung cancers (NSCLCs). Current methods for restoration of p53 expression, including small molecules and DNA therapies, have yielded progressive success, but each has formidable drawbacks. Here, a redox-responsive nanoparticle (NP) platform is engineered for effective delivery of p53-encoding synthetic messenger RNA (mRNA). We demonstrate that the synthetic p53-mRNA NPs markedly delay the growth of p53-null HCC and NSCLC cells by inducing cell cycle arrest and apoptosis. We also reveal that p53 restoration markedly improves the sensitivity of these tumor cells to everolimus, a mammalian target of rapamycin (mTOR) inhibitor that failed to show clinical benefits in advanced HCC and NSCLC. Moreover, cotargeting of tumor-suppressing p53 and tumorigenic mTOR signaling pathways results in marked antitumor effects in vitro and in multiple animal models of HCC and NSCLC. Our findings indicate that restoration of tumor suppressors by the synthetic mRNA NP delivery strategy could be combined together with other therapies for potent combinatorial cancer treatment.