A new generation of photothermal theranostic agents is developed based on PEGylated WS2 nanosheets. Bimodal in vivo CT/photoacoustic imaging reveals strong tumor contrast after either intratumoral or intravenous injection of WS2-PEG. In vivo photothermal treatment is then conducted in a mouse tumor model, achieving excellent therapeutic efficacy with complete ablation of tumors. This work promises further exploration of transition-metal dichalcogenides for biomedical applications, such as cancer imaging and therapy. As a service to our authors and readers, this journal provides supporting information supplied by the authors. Such materials are peer reviewed and may be re-organized for online delivery, but are not copy-edited or typeset. Technical support issues arising from supporting information (other than missing files) should be addressed to the authors. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.

A unique type of pH/H2O2 dual-responsive intelligent nanoscale delivery system based on albumin-coated MnO2 is presented, which is capable of modulating the tumor microenvironment (TME) by relieving hypoxia. Additionally, TME-responsive size changes enable effective intratumor diffusion. A highly effective combined photodynamic and chemotherapy is realized with these nanoparticles in a mouse tumor model. As a service to our authors and readers, this journal provides supporting information supplied by the authors. Such materials are peer reviewed and may be re-organized for online delivery, but are not copy-edited or typeset. Technical support issues arising from supporting information (other than missing files) should be addressed to the authors. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.

Nanoscale metal–organic particles (NMOPs) are constructed from metal ions and organic bridging ligands via the self-assembly process. Herein, we fabricate NMOPs composed of Mn2+ and a near-infrared (NIR) dye, IR825, obtaining Mn-IR825 NMOPs, which are then coated with a shell of polydopamine (PDA) and further functionalized with polyethylene glycol (PEG). While Mn2+ in such Mn-IR825@PDA–PEG NMOPs offers strong contrast in T1-weighted magnetic resonance (MR) imaging, IR825 with strong NIR optical absorbance shows efficient photothermal conversion with great photostability in the NMOP structure. Upon intravenous injection, Mn-IR825@PDA–PEG shows efficient tumor homing together with rapid renal excretion behaviors, as revealed by MR imaging and confirmed by biodistribution measurement. Notably, when irradiated with an 808 nm laser, tumors on mice with Mn-IR825@PDA–PEG injection are completely eliminated without recurrence within 60 days, demonstrating the high efficacy of photothermal therapy with this agent. This study demonstrates the use of NMOPs as a potential photothermal agent, which features excellent tumor-targeted imaging and therapeutic functions, together with rapid renal excretion behavior, the latter of which would be particularly important for future clinical translation of nanomedicine.

Photodynamic therapy (PDT) is considered as a safe and selective way to treat a wide range of cancers as well as nononcological disorders. However, as oxygen is required in the process of PDT, the hypoxic tumor microenvironment has largely limited the efficacy of PDT to treat tumors especially those with relatively large sizes. To this end, we uncover that hyaluronidase (HAase), which breaks down hyaluronan, a major component of extracellular matrix (ECM) in tumors, would be able to enhance the efficacy of nanoparticle-based PDT for in vivo cancer treatment. It is found that the administration of HAase would lead to the increase of tumor vessel densities and effective vascular areas, resulting in increased perfusion inside the tumor. As a result, the tumor uptake of nanomicelles covalently linked with chlorine e6 (NM-Ce6) would be increased by ∼2 folds due to the improved "enhanced permeability and retention" (EPR) effect, while the tumor oxygenation level also shows a remarkable increase, effectively relieving the hypoxia state inside the tumor. Those effects taken together offer significant benefits in greatly improving the efficacy of PDT delivered by nanoparticles. Taking advantage of the effective migration of HAase from the primary tumor to its drainage sentinel lymph nodes (SLNs), we further demonstrate that this strategy would be helpful to the treatment of metastatic lymph nodes by nanoparticle-based PDT. Lastly, both enhanced EPR effect of NM-Ce6 and relieved hypoxia state of tumor are also observed after systemic injection of modified HAase, proving its potential for clinical translation. Therefore, our work presents a new concept to improve the efficacy of nanomedicine by modulating the tumor microenvironment.

The development of cancer combination therapies, many of which rely on nanoscale theranostic agents, has received increasing attention in recent years. In this work, polyethylene glycol (PEG) modified mesoporous silica (MS) coated single‐walled carbon nanotubes (SWNTs) are fabricated and utilized as a multifunctional platform for imaging guided combination therapy of cancer. A model chemotherapy drug, doxorubicin (DOX), could be loaded into the mesoporous structure of the obtained SWNT@MS‐PEG nano‐carriers with high efficiency. Upon stimulation under near‐infrared (NIR) light, photothermally triggered drug release from DOX loaded SWNT@MS‐PEG is observed inside cells, resulting in a synergistic cancer cell killing effect. As revealed by both photoacoustic (PA) and magnetic resonance (MR) imaging, we further uncover efficient tumor accumulation of SWNT@MS‐PEG/DOX after intravenous injection into mice. In vivo combination therapy using this agent is further demonstrated in a mouse tumor model, achieving a remarkable synergistic anti‐tumor effect superior to that obtained by mono‐therapy. Our work presents a new type of theranostic nano‐platform, which could load therapeutic molecules with high efficiency, be responsive to external NIR stimulation, and at the same time serve as a diagnostic imaging agent.

CCR5, a coreceptor for HIV-1 entry, is a major target for drug and genetic intervention against HIV-1. Genetic intervention strategies have knocked down CCR5 expression levels by shRNA or disrupted the CCR5 gene using zinc finger nucleases (ZFN) or Transcription activator-like effector nuclease (TALEN). In the present study, we silenced CCR5 via CRISPR associated protein 9 (Cas9) and single guided RNAs (sgRNAs). We constructed lentiviral vectors expressing Cas9 and CCR5 sgRNAs. We show that a single round transduction of lentiviral vectors expressing Cas9 and CCR5 sgRNAs into HIV-1 susceptible human CD4+ cells yields high frequencies of CCR5 gene disruption. CCR5 gene-disrupted cells are not only resistant to R5-tropic HIV-1, including transmitted/founder (T/F) HIV-1 isolates, but also have selective advantage over CCR5 gene-undisrupted cells during R5-tropic HIV-1 infection. Importantly, using T7 endonuclease I assay we did not detect genome mutations at potential off-target sites that are highly homologous to these CCR5 sgRNAs in stably transduced cells even at 84 days post transduction. Thus we conclude that silencing of CCR5 via Cas9 and CCR5-specific sgRNAs could be a viable alternative strategy for engineering resistance against HIV-1.

Abstract Oxytocin is a neuropeptide critical for maternal physiology and social behavior, and is thought to be dysregulated in several neuropsychiatric disorders. Despite the biological and neurocognitive importance of oxytocin signaling, methods are lacking to activate oxytocin receptors with high spatiotemporal precision in the brain and peripheral mammalian tissues. Here we developed and validated caged analogs of oxytocin which are functionally inert until cage release is triggered by ultraviolet light. We examined how focal versus global oxytocin application affected oxytocin-driven Ca 2+ wave propagation in mouse mammary tissue. We also validated the application of caged oxytocin in the hippocampus and auditory cortex with electrophysiological recordings in vitro , and demonstrated that oxytocin uncaging can accelerate the onset of mouse maternal behavior in vivo . Together, these results demonstrate that optopharmacological control of caged peptides is a robust tool with spatiotemporal precision for modulating neuropeptide signaling throughout the brain and body.