An injectable and self-healing collagen-gold hybrid hydrogel is spontaneously formed by electrostatic self-assembly and subsequent biomineralization. It is demonstrated that such collagen-based hydrogels may be used as an injectable material for local delivery of therapeutic agents, showing enhanced antitumor efficacy.

Chitosan-based nanoparticles (NPs) are widely used in drug delivery, device-based therapy, tissue engineering, and medical imaging. In this aspect, a clear understanding of how physicochemical properties of these NPs affect the cytological response is in high demand. The objective of this study is to evaluate the effect of surface charge on cellular uptake profiles (rate and amount) and intracellular trafficking. We fabricate three kinds of NPs (∼215 nm) with different surface charge via SPG membrane emulsification technique and deposition method. They possess uniform size as well as identical other physicochemical properties, minimizing any differences between the NPs except for surface charge. Moreover, we extend our research to eight cell lines, which could help to obtain a representative conclusion. Results show that the cellular uptake rate and amount are both positively correlated with the surface charge in all cell line. Subsequent intracellular trafficking indicates that some of positively charged NPs could escape from lysosome after being internalized and exhibit perinuclear localization, whereas the negatively and neutrally charged NPs prefer to colocalize with lysosome. These results are critical in building the knowledge base required to design chitosan-based NPs to be used efficiently and specifically.

Abstract Peptide‐tuned self‐assembly of functional components offers a strategy towards improved properties and unique functions of materials, but the requirement of many different functions and a lack of understanding of complex structures present a high barrier for applications. Herein, we report a photosensitive drug delivery system for photodynamic therapy (PDT) by a simple dipeptide‐ or amphiphilic amino‐acid‐tuned self‐assembly of photosensitizers (PSs). The assembled nanodrugs exhibit multiple favorable therapeutic features, including tunable size, high loading efficiency, and on‐demand drug release responding to pH, surfactant, and enzyme stimuli, as well as preferable cellular uptake and biodistribution. These features result in greatly enhanced PDT efficacy in vitro and in vivo, leading to almost complete tumor eradication in mice receiving a single drug dose and a single exposure to light.

One-pot approach to couple the crystallization of CaCO3 nanoparticles and the in situ symmetry-breaking assembly of these crystallites into hollow spherical shells was developed under the templating effect of a soluble starch. Further functional study using HP-a as an anticancer drug carrier (DOX) demonstrated its advantages for localizing drug release by the pH value-sensitive structure and enhancing cytotoxicity by increasing cellular uptake, perinuclear accumulation, and nuclear entry.

The nanomaterial graphene oxide (GO) has attracted explosive interests in various areas. However, its performance in biological environments is still largely unknown, particularly with regard to cellular response to GO. Here we separated the GO sheets in different size and systematically investigated size effect of the GO in response to different types of cells. In terms of abilities to internalize GO, enormous discrepancies were observed in the six cell types, with only two phagocytes were found to be capable of internalizing GO. The 2 μm and 350 nm GO greatly differed in lateral dimensions, but equally contributed to the uptake amount in macrophages. Similar amounts of antibody opsonization and active Fcγ receptor-mediated phagocytosis were demonstrated the cause of this behavior. In comparison with the nanosized GO, the GO in micro-size showed divergent intracellular locations and induced much stronger inflammation responses. Present study provided insight into selective internalization, size-independent uptake, and several other biological behaviors undergone by GO. These findings might help build necessary knowledge for potential incorporation of the unique two-dimensional nanomaterial as a biomedical tool, and for avoiding potential hazards.

A new thermosensitive hydrogel was designed and prepared by simply mixing N-[(2-hydroxy-3-trimethylammonium) propyl] chitosan chloride (HTCC) and poly(ethylene glycol) (PEG) with a small amount of α-β-glycerophosphate (α-β-GP). The optimum preparative condition was investigated, and the obtained formulation underwent thermal transition from solution below or at room temperature to non-flowing hydrogel around 37 °C in several minutes. As a new formulation, its potential use as nasal drug delivery system was studied. It can be dropped or sprayed easily into nasal cavity and spread on the nasal mucosa in solution state. After being administered into nasal cavity, the solution transformed into viscous hydrogel at body temperature, which decreased nasal mucociliary clearance rate and released drug slowly. Morever, quaternized chitosan as absorption enhancer has been studied extensively in several reports and proved its non-toxicity, mucoadhesivity and the capacity to open the tight junctions between epithelial cells. Therefore, in this study insulin as a model drug was entrapped in this formulation and its release behavior in vitro was also investigated. The enhancement of absorption of fluorescein isothiocyanate (FITC)-labeled insulin in rat nasal cavity by this formulation was proved by confocal laser scanning microscopy (CLSM). The cytoxicity and the change of the blood glucose concentration after nasal administration of this hydrogel were also investigated. The hydrogel formulation decreased the blood glucose concentration apparently (40–50% of initial blood glucose concentration) for at least 4–5 h after administration, and no apparent cytoxicity was found after application. These results showed that HTCC–PEG–GP formulation can be used as nasal drug delivery system to improve the absorption of hydrophilic macromolecular drugs.

There are tremendous challenges from both tumor and its therapeutic formulations affecting the effective treatment of tumor, including tumor recurrence, and complex multistep preparations of formulation. To address these issues, herein a simple and green approach based on the self-assembly of therapeutic agents including a photosensitizer (chlorine e6, Ce6) and a chemotherapeutic agent (doxorubicin, DOX) was developed to prepare carrier-free nanoparticles (NPs) with the ability to inhibit tumor recurrence. The designed NPs were formed by self-assembly of Ce6 and DOX associated with electrostatic, π-π stacking and hydrophobic interactions. They have a relatively uniform size of average 70 nm, surface charge of -20 mV and high drug encapsulation efficiency, which benefits the favorable accumulation of drugs at the tumor region through a potential enhanced permeability and retention (EPR) effect as compared to their counterpart of free Ce6 solution. In addition, they could eradiate tumors without recurrence in a synergistic way following one treatment cycle. Furthermore, the NPs are safe without any activation of inflammation or immune response in separated organs. Taken together, the rationale of these pure nanodrugs via the self-assembly approach might open an alternative avenue and give inspiration to fabricate new carrier-free nanodrugs for tumor theranostics, especially for two small molecular antitumor drugs with the aim of combinational antitumor therapy in a synergistic way.

Abstract Long‐range structural order and alignment over different scales are of key importance for the regulation of structure and functionality in biology. However, it remains a great challenge to engineer and assemble such complex functional synthetic systems with order over different length scales from simple biologically relevant molecules, such as peptides and porphyrins. Herein we describe the successful introduction of hierarchical long‐range order in dipeptide‐adjusted porphyrin self‐assembly by a thermodynamically driven self‐orienting assembly pathway associated with multiple weak interactions. The long‐range order and alignment of fiber bundles induced new properties, including anisotropic birefringence, a large Stokes shift, amplified chirality, and excellent photostability as well as sustainable photocatalytic activity. We also demonstrate that the aligned fiber bundles are able to induce the epitaxially oriented growth of Pt nanowires in a photocatalytic reaction.

In the quest to treat intracellular infectious diseases and virus infection, nanoparticles (NPs) have been considered to be efficient tools for inducing potent immune responses, specifically cellular immunity. Antigen processing and presenting by antigen presenting cells (APCs) could influence immune response, especially the priming of T-cell-mediated cellular immunity. Here, we fabricated pH-responsive poly(d,l-lactic-co-glycolic acid) (PLGA) NPs with rapid antigen intracellular release behavior in APCs. The NPs, which had thin shells and large inner space, contain ammonium bicarbonate (NH4HCO3), which could regulate release in endosomes and lysosomes, acting as an antigen release promoter in dendritic cells (DCs), and were coencapsulated with antigen (ovalbumin, OVA). Hydrogen ions (H+) in DC endosomes and lysosomes (pH ∼5.0 and 6.5) could react with NH4HCO3 to generate NH3 and CO2, which broke NPs and released antigens. After uptake by DCs, antigens encapsulated in pH-responsive PLGA NPs could escape from lysosomes into the cytoplasm and be cross-presented. Moreover, the NPs induced up-regulation of co-stimulatory molecules and stimulated cytokine production. Mouse immunization with pH-responsive PLGA NPs induced greater lymphocyte activation, more antigen-specific CD8+ T cells, stronger cytotoxic capacity (IFN-γ and granzyme B), enhanced antigen-specific IgG antibodies, and higher serum IgG2a/IgG1, indicating cellular immunity. The NPs also improved generation of memory T cells to protect against reinfection. Thus, pH-responsive PLGA NPs, which induced strong cellular immune responses and offered antibody protection, could be potentially useful as effective vaccine delivery and adjuvant systems for the therapy of intracellular infectious diseases and virus infection.