Mitoxantrone (MTO) is an anthraquinone antitumor drug with potent therapeutic benefits. However, its clinical application is restricted by the severe side effects stemming from poor tumor selectivity. In this study, MTO and cholesterol (CLS) were conjugated via a tumor-selective disulfide bond to obtain the MTO-SS-CLS prodrug. Interestingly, the MTO-SS-CLS could self-assemble into uniform nanoassemblies, and the addition of DSPE-PEG2K significantly improved its self-assembly behavior and stability. Moreover, compared with MTO solutions, the disulfide bond-bridged MTO-SS-CLS nanoassemblies exhibited heightened tumor selectivity and pharmacokinetic properties. In addition, the prodrug nanoassemblies improved the tolerated dose and safety of MTO without compromising its therapeutic effect. This research enriches the pharmaceutical research of MTO and paves the way for its extensive clinical application.

Small molecule prodrugs self-assembled nano-delivery systems with tumor responsive linkages are emerging as an effective platform. However, the heterogeneity of tumor microenvironment may limit the anti-tumor effect of prodrug nanomedicines with a single response module. Here, we chose disulfide bond as the response module and branched chain alcohol as the self-assembly modification module to construct a single-responsive prodrug. We also constructed a double-responsive paclitaxel prodrug combining triglyceride and disulfide bond, taking into account of the highly expressed lipase and glutathione levels in tumor cells. The results showed that the anti-tumor effect of single-responsive branched chain alcohol modified prodrug nanoparticles was inferior to triglyceride prodrug nanoparticles with dual response modules. The triglyceride structure can not only serve as a self-assembly modification module, but also serve as a response module for intelligent drug release in tumor. Such dual roles will facilitate the efficient delivery of small molecule self-assembled prodrugs to tumor sites.

Prodrug-based nanoassemblies are promising platforms for cancer therapy. Prodrugs typically consist of three main components: drug modules, intelligent response modules, and modification modules. However, the available modification modules are usually hydrophobic aliphatic side chains, which affect the activation efficiency of the prodrugs. Herein, hydrophilic ethylene glycol fragments were inserted between the modification modules and the response modules, and the important effects of hydrophilic fragments on the assembly, drug release, and therapeutic index of the prodrugs were investigated. Notably, the introduction of hydrophilic fragments affected the intermolecular forces of the prodrugs and increased the interaction of hydrogen bonding. In addition, hydrophilic fragments significantly improved the redox drug release profiles, which affected the therapeutic index of the prodrug nanoassemblies. PTX-SS-OA NPs with hydrophilic fragments exhibited increased redox sensitivity, enhanced cytotoxicity, and superior antitumor efficacy. In comparison, PTX-SS-OAL NPs without hydrophilic fragments showed limited redox sensitivity and cytotoxicity but displayed better safety. Overall, the hydrophilic fragment is a critical determinant in modulating the therapeutic index of the prodrug nanoassemblies, which contributes to the development of advanced prodrug nanodelivery systems.

Lipid nanoparticles (LNPs) have been utilized to deliver small interfering RNA (siRNA) to treat acute liver injury. However, LNPs exhibit suboptimal lysosomal escape capabilities and biodegradability. To address these limitations, we have designed triglyceride-mimetic ionizable lipids by conjugating N,N-dimethyl tertiary amine head groups to the sn-2 position of triglyceride (TG) through ester bonds. These ionizable lipids were abbreviated as 2C-TG, 3C-TG, and 4C-TG, with N,N-dimethyl tertiary amine head groups located in the β-, γ-, and δ-positions of the ester linkage bond, respectively. The uniform-size LNPs were prepared by using the ethanol dilution method. Notably, the position of the tertiary amine head group within the carbon chain of triglyceride-mimetic ionizable lipids is found to significantly influence critical parameters, including the encapsulation rate, pKa, cellular uptake, lysosomal escape, lipase release, and gene silencing efficiency. Our findings hold promise for improving the efficacy and safety of LNP-based siRNA therapeutics.