Abnormal cancer metabolism causes hypoxia and immunosuppressive tumor microenvironment (TME), which limits the antitumor efficacy of photodynamic therapy (PDT). Herein, we report a photosensitizing nanoscale metal–organic layer (MOL) with anchored 3‑bromopyruvate (BrP), BrP@MOL, as a metabolic reprogramming agent to enhance PDT and antitumor immunity. BrP@MOL inhibited mitochondrial respiration and glycolysis to oxygenate tumors and reduce lactate production. This metabolic reprogramming enhanced reactive oxygen species generation during PDT and reshaped the immunosuppressive TME to enhance antitumor immunity. BrP@MOL‐mediated PDT inhibited tumor growth by >90% with a 40% cure rate, rejected tumor re‐challenge, and prevented lung metastasis. Further combination with immune checkpoint blockade potently regressed the tumors with >98% tumor inhibition and an 80% cure rate.

Abstract Abnormal cancer metabolism causes hypoxic and immunosuppressive tumor microenvironment (TME), which limits the antitumor efficacy of photodynamic therapy (PDT). Herein, we report a photosensitizing nanoscale metal–organic layer (MOL) with anchored 3‐bromopyruvate (BrP), BrP@MOL, as a metabolic reprogramming agent to enhance PDT and antitumor immunity. BrP@MOL inhibited mitochondrial respiration and glycolysis to oxygenate tumors and reduce lactate production. This metabolic reprogramming enhanced reactive oxygen species generation during PDT and reshaped the immunosuppressive TME to enhance antitumor immunity. BrP@MOL‐mediated PDT inhibited tumor growth by >90 % with 40 % of mice being tumor‐free, rejected tumor re‐challenge, and prevented lung metastasis. Further combination with immune checkpoint blockade potently regressed the tumors with >98 % tumor inhibition and 80 % of mice being tumor‐free.

Radiotherapy plays an important role in modern oncology, but its treatment efficacy is limited by the radioresistance of tumor cells. As a member of the inhibitor of apoptosis protein family, survivin plays a key role in developing radioresistance by mediating apoptosis evasion, promoting epithelial‐mesenchymal transition, and modulating cell cycle dynamics. Efficient downregulation of survivin expression presents a promising strategy to enhance the antitumor effects of radiotherapy. Herein, we report the design of a hafnium‐porphyrin‐based cationic metal‐organic layer (CMOL) with quaternary ammonium capping groups to deliver small interfering RNAs (siRNAs) for enhanced radiotherapy. The CMOL@siRNA nanoplatform not only increased energy deposition from X‐rays and reactive oxygen species generation via a unique radiotherapy‐radiodynamic therapy process, but also effectively delivered siRNAs to downregulate survivin expression and ameliorate radioresistance of cancer cells. Consequently, CMOL@siRNA in combination with low‐dose X‐ray irradiation demonstrated remarkable antitumor efficacy with 96.9% and 91.4% tumor growth inhibition in murine colorectal carcinoma and triple‐negative breast cancer models, respectively.

Immune checkpoint blockade (ICB) has revolutionized the treatment of many cancers by leveraging the immune system to combat malignancies. However, its efficacy is limited by the immunosuppressive tumor microenvironment and other regulatory mechanisms of the immune system. Innate immune modulators (IIMs) provide potent immune activation to complement adaptive immune responses and help overcome resistance to ICB. This minireview provides an overview of IIMs and their roles in antitumor immune responses and summarizes recent advances in developing nanotechnology to enhance the delivery of IIMs to tumors for potentiating cancer immunotherapy and mitigating systemic toxicity. We discuss innovative nanoparticle platforms for the delivery of IIMs targeting the cyclic GMP‐AMP synthase‐stimulator of interferon genes pathway, the toll‐like receptor pathway, and the retinoic acid‐inducible gene I‐like receptor pathway. We review the preliminary clinical readouts of representative IIM nanoptherapeutics and highlight the development of multifunctional nanoparticles for combination treatments of IIMs with conventional treatment mdoalities such as chemotherapy, radiotherapy, photodynmic therapy, and tumor antigens. Finally, we summarize the lessons learned from the existing systems, the challenges in the field, and future perspectives for this exciting field of nanotherapeutics for cancer immunotherapy.

Concurrent localized radiotherapy and systemic chemotherapy are standards of care for many cancers, but these treatment regimens cause severe adverse effects in many patients. Herein, we report the design of a mixed-ligand nanoscale metal–organic framework (nMOF) with the ability to simultaneously enhance radiotherapeutic effects and trigger the release of a potent chemotherapeutic under X-ray irradiation. We synthesized a new functional quaterphenyl dicarboxylate ligand conjugated with SN38 (H2QP-SN) via a hydroxyl radical-responsive covalent linkage. Because of the similar length of QP-SN and bis(p-benzoato)porphyrin (DBP) ligands, QP-SN was incorporated into Hf-DBP nMOF to afford a novel multifunctional mixed-ligand Hf-DBP-QP-SN nMOF with good biocompatibility. Hf-DBP-QP-SN not only enhances radiation damage to tumors via a unique radiotherapy-radiodynamic therapy (RT-RDT) process but also increases ·OH generation from radiolysis with electron-dense Hf12 secondary building units (SBUs) to release SN38 from Hf-DBP-QP-SN for chemotherapy. Elevated levels of hydrogen peroxide in the tumor microenvironment further stimulate the release of SN38 by enhancing ·OH generation under X-ray irradiation. With low doses of X-ray irradiation, Hf-DBP-QP-SN suppressed the growth of CT26 colon and 4T1 breast tumors by 93.5% and 95.2%, respectively, without any sign of general toxicity. Our study highlights the potential of using ionizing radiation-mediated chemistry for on-demand activation of nanotherapeutics for synergistic radiotherapy and chemotherapy without causing severe adverse effects.

NanoAccepted Papers No AccessMolecular Dynamics Simulation on the Nanocutting Mechanism of Polycrystalline γ-TiAl Alloy with Spherical DefectsPing Zhang, Hanping Zhou, Yajie Sun, Jinlong Zhang, and Xiaomin JiangPing Zhang, Hanping Zhou Search for more papers by this author , Yajie Sun Search for more papers by this author , Jinlong Zhang Search for more papers by this author , and Xiaomin Jiang Search for more papers by this author https://doi.org/10.1142/S1793292025500298Cited by:0 (Source: Crossref) PreviousNext AboutFiguresReferencesRelatedDetailsPDF/EPUB ToolsAdd to favoritesDownload CitationsTrack CitationsRecommend to Library ShareShare onFacebookTwitterLinked InRedditEmail Cite Recommend We recommendPSEUDODIFFERENTIAL EQUATIONS ON THE SPHERE WITH SPHERICAL SPLINEST. D. PHAM, Mathematical Models and Methods in Applied Sciences, 2011NUMERICAL SIMULATION OF HEMODYNAMICS IN PORTAL VEIN WITH THROMBOSIS BY COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICSXINKAI WANG, Journal of Mechanics in Medicine and Biology, 2014Research Progress on the Antitumor Molecular Mechanism of Ginsenoside Rh2Lan Yang, The American Journal of Chinese Medicine, 2024Probing the interactions of phthalocyanine-based photosensitizers with model phospholipid bilayer by molecular dynamics simulationsYuchao Huang, Journal of Porphyrins and Phthalocyanines, 2018Global weak entropy solutions to the Euler–Poisson system with spherical symmetryJingjing Xiao, Mathematical Models and Methods in Applied Sciences, 2016Molecular dynamics simulation of the interaction between palmitic acid and high pressure CO2 Fei Li, Royal Society Open Science, 2023Molecular-level investigation of plasticization of polyethylene terephthalate (PET) in supercritical carbon dioxide via molecular dynamics simulation Fayu Sun, Royal Society Open Science, 2022Molecular dynamics simulation of aluminum nitride deposition: temperature and N : Al ratio effects Libin Zhang, Royal Society Open Science, 2018Identification of polyketide synthase 13 inhibitor: Pharmacophore-based virtual screening and molecular dynamics simulation Muhammad Arba, J. appl. pharm. sci., 20193D-QSAR, molecular docking and dynamics simulation of difluorophenol pyridine derivatives as RSK2 inhibitor Muhammad Arba, J. appl. pharm. sci., 2019Powered by Privacy policyGoogle Analytics settings FiguresReferencesRelatedDetailsNone Recommended Recommended ENHANCING MILLING PERFORMANCE OF 6061 ALUMINUM ALLOY WITH NANOCUTTING FLUID AND MQLNIHAT TOSUN, SLEMAN YAHYA RASUL, AYBARS MAHMAT, and GUL TOSUNSurface Review and LettersVol. 31, No. 07Technics Study on Polycrystalline Diamond Cutting Tools Dry Turning Ti-6AL-4V Alloy Base on Orthogonal Experimental DesignBy (author): Yun-Hai Jia and Yue SunMaterials Science and EngineeringMolecular Dynamics Study on Uniaxial Compression Transformation of Magnesium AlloyQianhua Yang, Chun Xue, Zhibing Chu, Yugui Li, and Lifeng MaNanoVol. 16, No. 10Cyclic Plasticity of CoCrFeMnNi High-Entropy Alloy (HEA): A Molecular Dynamics SimulationXin Du, Xiaochong Lu, Siyao Shuang, Zhangwei Wang, Qi-lin Xiong, Guozheng Kang, and Xu ZhangInternational Journal of Applied MechanicsVol. 13, No. 01Superplasticity and Deformation Mechanism Map in a Superlight Microduplex Mg-7.83Li AlloyFu Rong Cao, Hua Ding, Hong Liang Hou, Zhi Qiang Li, and Jian Zhong CuiElectrical and Control Engineering & Materials Science and ManufacturingMOLECULAR DYNAMICS SIMULATION OF NANOMETRIC CUTTING PROCESSQ. X. PEI, C. LU, F. Z. FANG, and H. WUInternational Journal of NanoscienceVol. 05, No. 04n05Simulation on shear deformation property of nano-polycrystalline Ni-Co alloy with concentration gradientXiaotong Chen, Xin Guo, Junqiang Ren, Hongtao Xue, Yutian Ding, and Xuefeng LuInternational Journal of Modern Physics BVol. 37, No. 29Shear deformation mechanical performance of Ni–Co alloy nanoplate by molecular dynamics simulationQing Gao, Xuefeng Lu, Xin Guo, Junqiang Ren, Hongtao Xue, Fuling Tang, and Yutian DingModern Physics Letters BVol. 35, No. 19 Accepted Papers Metrics Downloaded 0 times History Received 14 October 2024 Accepted 8 January 2025 PDF download

Abstract Hafnium (Hf)‐based nanoscale metal‐organic layers (MOLs) enhance radiotherapeutic effects of tissue‐penetrating X‐rays via a unique radiotherapy‐radiodynamic therapy (RT‐RDT) process through efficient generation of hydroxy radical (RT) and singlet oxygen (RDT). However, their radiotherapeutic efficacy is limited by hypoxia in deep‐seated tumors and short half‐lives of reactive oxygen species (ROS). Herein the conjugation of a nitric oxide (NO) donor, S‐nitroso‐N‐acetyl‐DL‐penicillamine (SNAP), to the Hf 12 secondary building units (SBUs) of Hf‐5,5′‐di‐p‐benzoatoporphyrin MOL is reported to afford SNAP/MOL for enhanced cancer radiotherapy. Under X‐ray irradiation, SNAP/MOL efficiently generates superoxide anion (O 2 −. ) and releases nitric oxide (NO) in a spatio‐temporally synchronized fashion. The released NO rapidly reacts with O 2 −. to form long‐lived and highly cytotoxic peroxynitrite which diffuses freely to the cell nucleus and efficiently causes DNA double‐strand breaks. Meanwhile, the sustained release of NO from SNAP/MOL in the tumor microenvironment relieves tumor hypoxia to reduce radioresistance of tumor cells. Consequently, SNAP/MOL plus low‐dose X‐ray irradiation efficiently inhibits tumor growth and reduces metastasis in colorectal and triple‐negative breast cancer models.

Immune checkpoint blockade (ICB) has revolutionized the treatment of many cancers by leveraging the immune system to combat malignancies. However, its efficacy is limited by the immunosuppressive tumor microenvironment and other regulatory mechanisms of the immune system. Innate immune modulators (IIMs) provide potent immune activation to complement adaptive immune responses and help overcome resistance to ICB. This minireview provides an overview of IIMs and their roles in antitumor immune responses and summarizes recent advances in developing nanotechnology to enhance the delivery of IIMs to tumors for potentiating cancer immunotherapy and mitigating systemic toxicity. We discuss innovative nanoparticle platforms for the delivery of IIMs targeting the cyclic GMP‐AMP synthase‐stimulator of interferon genes pathway, the toll‐like receptor pathway, and the retinoic acid‐inducible gene I‐like receptor pathway. We review the preliminary clinical readouts of representative IIM nanoptherapeutics and highlight the development of multifunctional nanoparticles for combination treatments of IIMs with conventional treatment mdoalities such as chemotherapy, radiotherapy, photodynmic therapy, and tumor antigens. Finally, we summarize the lessons learned from the existing systems, the challenges in the field, and future perspectives for this exciting field of nanotherapeutics for cancer immunotherapy.