中科院上海硅酸盐所研究员吴成铁、常江和华东师范大学易正芳教授：黑色素瘤治疗用智能生物支架材料研究获进展
黑色素瘤是一种高度恶性的黑色素细胞肿瘤，多发生于皮肤。目前，外科手术切除病变是治疗该病的主要方法之一，但手术切除不仅会造成大块皮肤缺损，且很难完全清除肿瘤细胞。研制新型智能生物活性材料，在高效修复创面的同时清除残余肿瘤细胞是治疗该病症的一种方法。
近日，由中国科学院上海硅酸盐研究所研究员吴成铁、常江带领的研究团队制备出载药硅酸铜空心微球与静电纺纤维智能复合支架，该支架既能加速皮肤创伤愈合，又能光热结合化疗治疗黑色素瘤。并与华东师范大学教师易正芳团队合作，在动物体内证实了该支架具有黑色素瘤治疗与修复创面的双重效果。
该研究首先以SiO2微球为牺牲模板，采用水热法合成出硅酸铜空心微球。制备出的硅酸铜空心微球具有内部空心和外部纳米针状结构，该微观结构的存在使其具有高比表面积，能有效装载化疗药物。同时，硅酸铜空心微球表现出优异光热性能，是一种优良的光热转换剂。利用静电纺丝技术，制备出载药的硅酸铜微球与高分子复合支架，该复合支架能缓慢持续释放治疗性Cu和Si离子。Cu离子能稳定低氧诱导因子-1α（HIF-1α），促进血管内皮细胞因子（VEGF）的表达，从而加速新生血管的形成，且Cu离子与Si离子结合能协同促进血管新生。Si离子能促进皮肤成纤维细胞的增殖，通过激活EMT和EndMT信号通路来加速伤口部位的胶原沉积，刺激细胞外基质重组和组织重建，从而加速伤口部位的再上皮化。体内慢性创面修复实验证实，该支架具有促进伤口部位血管形成和再上皮化的作用，进而显著促进创面的愈合。
图1.复合支架的制备和应用。a，以SiO2微球为牺牲模板，采用水热法合成出硅酸铜空心微球，并将化疗药物装载其中；b，利用静电纺丝技术，将载药硅酸铜空心微球纺入聚合物纤维中，制备出复合支架；c，复合支架用于黑色素瘤治疗与创伤修复。
图2.复合支架的表征。a-b，硅酸铜空心微球的透射电镜照片、复合支架的扫描电镜照片；硅酸铜空心微球含量为0%（c、g）、10%（d、h）、30%（e、i）；载药硅酸铜空心微球含量为30%（f、j）；k，复合支架在近红外光照射下的热成像照片（硅酸铜空心微球含量A：0%、B：10%、C：20%、D：30%，载药硅酸铜空心微球含量E：30%）。右下，复合支架在近红外光照射下升温到37、43和50℃时的药物释放曲线。
图3.体内慢性创面修复效果。a，第0、5、9、11和15天的慢性皮肤创口照片；b，15天内创口愈合速度；c，免疫荧光及马森三色组织切片染色照片；d-h，分别为CD31、血管内皮细胞生长因子、再上皮化、Ⅰ型胶原和Ⅲ型胶原蛋白的数量统计结果。
在近红外光照射下，支架迅速升温，且温度随掺入硅酸铜微球的含量和激光功率的增加而增加，温度升高进一步刺激药物分子释放，因此，通过该支架体现了光热调控药物传输效率的智能特性。在体内肿瘤治疗实验中，在治疗早期利用近红外光照射该支架，使肿瘤处局部过热，在光热和化疗药物的协同作用下，肿瘤生长受到持续抑制，且治疗效果优于单一的光热和化疗治疗模式。在治疗后期停止激光照射，肿瘤不仅没有复发，原有的创口还逐渐愈合，而对照组的伤口却随着肿瘤体积的增长而逐渐扩大。因此，该支架在光热与化疗协同治疗黑色素瘤的同时，能显著促进创面的修复，在肿瘤治疗和慢性创面修复领域具有广阔的应用前景。
相关研究成果发表在ACS Nano上（博士研究生余青青为论文第一作者，吴成铁为其指导导师），并申请专利一项。该研究得到了国家重点研发计划、中组部青年千人计划、中科院前沿科学研究计划等的资助。
论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.7b08928
来源：中科院上海硅酸盐所
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