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智能化光热支架用于肿瘤性骨缺损提供一体化序贯光热治疗新策略

2024-08-06作者：徐徐资讯

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国际学术期刊《先进科学》（Advanced Science）近日在线发表了上海市第十人民医院骨科郑龙坡教授团队的最新研究成果，论文题为《天然亲和力驱动的硅烯化修饰用以构建肿瘤性骨缺损治疗的“热开关”》。

骨肿瘤患者在手术切除肿瘤病灶后，存在病理性的骨缺损状态，术后患者既面临切缘肿瘤局部复发的风险，也饱受大段骨缺损的折磨，严重影响了患者的生活质量。因此，在手术切除骨肿瘤病灶的同时，寻求术后肿瘤长期化管理以及肢体功能重建的一体化序贯治疗新策略变得十分迫切。

光热疗法（PTT）是近年来兴起的新型肿瘤治疗研究方向。光热剂通过能量转化将近红外光（NIR）中的辐射能转化为热能，对周围组织施加干预，实现治疗效果。相较于传统放化疗而言，其具有侵入性小、特异性高及全身毒副作用小等优势。NIR具有良好的组织穿透性，可以高效地传递能量且对周围正常组织影响较小。

硅烯纳米片（SNS）是一种具有较高光热转化效率的新型二维纳米材料，其优异的光热转化性能、良好的生物相容性及生物降解性使其成为用于构建组织工程支架的理想光热材料。其化学组成为单质硅，且降解产物为硅酸根离子，具有良好的生物活性，可以促进血管新生和胶原合成，因此也是用于骨组织工程的极佳材料。

SNS@DBM治疗肿瘤性骨缺损的实验研究（图源自Advanced Science）

本研究中，研究者在实验中发现了硅烯（SNS）和一型胶原蛋白（COL1）之间的自然亲和力，通过实验验证了SNS@COL复合物的产生及稳定存在。为了揭示它们之间作用的分子动力学机制，作者通过构建分子动力学（MD）模型，模拟计算链状有机大分子蛋白和无机纳米片层之间的杂化作用模式，并给出了稳定的分子结合相位和最低结合能，为未来相关领域的研究提供了新方法。

接着，研究者利用SNS对COL1的高亲和作用，通过对临床获批的脱钙骨基质（DBM）支架（其主要成分为一型胶原蛋白）的功能化改性，构建了一种智能化NIR响应的“光热开关”。进一步研究表明，该“光热开关”具有良好的光响应性，可以在一次性手术植入后，通过体外NIR调控施加三种不同剂量的热刺激干预，即高能热刺激、温和热刺激及无光热刺激，对应肿瘤切除后病理性骨缺损治疗的不同时相，实现早期杀肿瘤，后期促骨修复的效果，为肿瘤性骨缺损的治疗提供一体化序贯光热治疗新策略。

此外，研究团队还探究了硅烯（SNS）及温和热疗促进骨缺损修复的相关机制，发现SNS可以首先诱导创伤部位H型血管的新生，再通过招募缺损周围BMSCs的富集和通过诱导其成骨基因的表达，促进干细胞成骨分化及胶原矿化来促进骨缺损修复。温和光热刺激通过早期激活局部免疫反应，后期再促进巨噬细胞M2极化的方式，调控骨缺损局部成骨免疫微环境，发挥促骨修复的作用。

总的来说，这一研究在利用新型二维纳米单质材料构建功能化植骨支架材料方面取得了长足的进步。为提供一体化智能化序贯光热治疗提供了新的研究策略。

郑龙坡教授为该研究论文第一通讯作者，上海市第十人民医院PI陈峰研究员，周子斐、赵新宇副研究员为本文共同通讯作者；同济大学2022级博士研究生陈一行、2023级博士研究生罗怡平及2022届博士毕业生侯孝东为本文共同第一作者。本研究得到国家自然科学基金面上项目（82372395）、青年项目（81901892）、国家重点研发计划（2022YFE0123500）、上海市自然基金面上项目（21ZR1450000；22S31903300）资助。

论文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202404534

来稿：上海市第十人民医院

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