骨肉瘤是一種好發于青少年的惡性骨腫瘤，5年總體生存率低于20%。當前主要治療手段為保肢手術聯合放化療，但存在兩大核心問題：一是手術難以徹底清除殘留腫瘤細胞，易導致復發，而放化療副作用顯著；二是腫瘤侵襲常造成嚴重骨缺損，自體修復能力有限，易引發功能障礙。    
     針對上述痛點，廣東工業大學的何福坡、廣東省科學院生物與醫學工程研究所的吳婷婷和陸特良以及廣東省人民醫院的張余研究團隊合作，開發了一種具有光熱/化學動力學效應和離子調控功能的3D打印仿生陶瓷支架。該支架以鋅摻雜β-磷酸三鈣陶瓷為基體，表面包覆負載鐵離子和Ti₃C₂ MXene的多巴胺修飾透明質酸水凝膠膜。在腫瘤微環境中，水凝膠快速降解釋放鐵離子，通過消耗谷胱甘肽和誘導羥基自由基生成，協同近紅外光觸發的光熱效應，誘導腫瘤細胞鐵死亡；腫瘤清除后，鋅、鐵離子持續釋放促進間充質干細胞成骨分化和內皮細胞血管生成，實現血管化骨組織再生。    
       相關研究以“3D㏄rinted Biomimetic Ceramic Scaffolds with Photothermal/Chemodynamic Effects and Ionic Microenvironment for Preventing Tumor Recurrence and Promoting Vascularized Bone Reconstruction”為題，發表在《Advanced Functional Materials》上。廣東省科學院生物與醫學工程研究所陸特良為第一作者

研究內容
1. Ti₃C₂的制備及Fe/TC的化學動力學活性，通過X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）及元素 mapping等表征手段，研究了多層Ti₃C₂的結構與組成；利用鄰菲羅啉顯色法、TMB羥基自由基檢測及DTNB谷胱甘肽消耗實驗，分析了Fe³⁺與Ti₃C₂的相互作用及ROS生成能力。結果表明，酸性條件下Ti₃C₂可將Fe³⁺還原為Fe²⁺，觸發Fe³⁺/Fe²⁺氧化還原循環，顯著提升Fenton反應效率，促進·OH生成并消耗GSH，誘導腫瘤細胞鐵死亡。      
 

2. ZnTP@Fe/TC支架的構建與性能，采用化學沉淀法合成鋅摻雜β-磷酸三鈣（ZnTP）陶瓷粉末，通過擠出式3D打印技術制備多孔支架，結合負壓浸潤法包覆多巴胺修飾透明質酸（HA-DA）水凝膠膜并負載Fe³⁺和Ti₃C₂。通過FTIR、NMR、SEM及EDS等手段驗證支架結構，利用pH響應降解實驗和近紅外光熱測試評估其腫瘤微環境響應性。結果顯示，HA-DA水凝膠在酸性條件下快速降解并釋放鐵離子，支架在808 nm激光照射下可升溫至55°C以上，且光熱穩定性良好。      
 

3. 體外抗腫瘤效果及機制，通過CCK8法、活/死細胞染色及流式細胞術，研究了支架對人骨肉瘤143B細胞的殺傷能力；利用DCFH-DA熒光探針、ELISA及C11-BODIPY染色，分析了ROS積累、谷胱甘肽（GSH）消耗、脂質過氧化（LPO）及鐵死亡相關蛋白表達。結果表明，ZnTP@Fe/TC在近紅外光下通過光熱（PTT）與化學動力學（CDT）協同作用，顯著提升腫瘤細胞凋亡率（34.1%）和ROS水平，下調GPX4表達并誘導鐵死亡。      
 

4. 體內抗腫瘤及骨修復效果，通過裸鼠皮下腫瘤模型和大鼠顱骨缺損模型，結合H&E染色、TUNEL凋亡檢測、Ki67增殖標記及Micro-CT重建，評估了支架的體內抗腫瘤效率和血管化骨再生能力。結果顯示，ZnTP@Fe/TC+NIR組腫瘤清除率顯著提高，且顱骨缺損處新骨體積（BV/TV）和血管密度顯著高于對照組，鋅、鐵離子協同促進成骨分化和血管生成。      
 

研究結論
本研究開發了一種通過3D打印磷酸鈣陶瓷支架包覆HA-DA水凝膠膜負載鐵離子和Ti₃C₂的功能化仿生支架。HA-DA-Fe水凝膠膜可響應腫瘤微環境快速降解，釋放的鐵離子與GSH反應消耗谷胱甘肽，同時Ti₃C₂將Fe³⁺還原為Fe²⁺，通過Fenton反應生成·OH，降低GPX4表達，促使ROS積累和LPO生成，誘導腫瘤細胞鐵死亡。ZnTP@Fe/TC支架結合光熱與化學動力學療法，展現出顯著的抗骨肉瘤效果。此外，支架釋放的鋅和鐵離子可促進人臍靜脈內皮細胞血管化及骨髓間充質干細胞成骨分化，加速體內血管化和新骨再生，利于骨缺損重建。本研究表明，這種負載納米顆粒和金屬離子的仿生陶瓷支架在預防腫瘤復發和治療腫瘤相關骨缺損方面具有應用潛力。

文章來源：
https://doi.org/10.1002/adfm.202418438

(責任編輯：admin)

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