上海交通大学Nano-Micro Letters :骨肿瘤疗修的生物玻璃支架材料,3D打印超薄二维碳化铌MXene纳米片
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骨肿瘤术后复发和肿瘤切除后继发骨缺损是临床医生面临的棘手问题。同时具有肿瘤消融和诱导骨再生能力的多功能生物疗修材料(兼具治疗和修复功能)有望开发用于临床骨肿瘤治疗。二维碳化铌(Nb₂C) MXene具有良好的生物相容性和生物可降解性,在第二近红外(NIR-II)生物窗口中具有固有的光响应和光热转换性能。本工作将2D Nb₂C MXenes整合到3D多孔生物玻璃支架中,实现了光热热疗杀死骨肿瘤细胞及血管化驱动新骨形成的多重功能,为骨肿瘤治疗提供了一种新型生物疗修支架材料。
Nb₂C MXene-Functionalized Scaffolds Enables Osteosarcoma Phototherapy and Angiogenesis/Osteogenesis of Bone Defects
Junhui Yin, Shanshan Pan, Xiang Guo, Youshui Gao, Daoyu Zhu, Qianhao Yang, Junjie Gao*, Changqing Zhang*, Yu Chen*
Nano-Micro Letters (2021)13: 30
本文亮点
1. 采用2D碳化铌MXene纳米片复合3D打印生物玻璃支架,实现兼具光热治疗和骨修复功能的生物复合支架材料的制备。
2. 该生物复合支架材料实现了NIR-II生物窗下骨肉瘤的高效光热消融。
3. 该生物复合支架材料具备良好的骨传导性和骨诱导性,能够驱动缺损部位血管化并促进骨再生。
内容简介
早期手术切除和化疗是治疗骨肿瘤的常用方法,但预防复发和填补切除部位引起的骨缺损仍具有较高的挑战性。上海交通大学附属第六人民医院高俊杰,张长青等;上海大学陈雨等在本文中报道了一种近红外光激发的二维超薄碳化铌MXene纳米片复合到3D打印的生物玻璃支架(NBGS)用于治疗骨肉瘤的方法。集成的2D Nb₂C-MXene在第二近红外(NIR-II)生物窗中具有光响应及较高的组织穿透深度,使其能够有效杀伤骨癌细胞。此外,该材料能明显促进血管新生。支架降解过程中释放的钙和磷酸盐可以促进新骨组织的矿化。具有杀伤骨肿瘤细胞、促进血管新生和骨再生等多种功能的碳化铌MXene复合支架是一种对骨肿瘤有较好疗效的植入性生物疗修材料。
图文导读
I 2D Nb₂C MXene NSs的合成与表征
采用化学剥离法制备2D Nb₂C MXene NSs。SEM图像显示,固相烧结制备的Nb₂AlC陶瓷(MAX相)具有致密的层状组织。如图1所示,SEM图像和对应的元素含量表明,该MAX相陶瓷为Nb、Al和C三元化合物(图1b)。用HF处理后,形成了多层结构(MXene),Al含量明显降低(图1d)。经过TPAOH的进一步插入,得到了少层的Nb₂C NSs。与Nb₂AlC相比,Nb₂C NSs中Nb元素的信号强度显著增强,而Al元素的信号强度降低。与XPS数据一致,拉曼光谱显示元素Al在Nb₂C中的NSs比Nb₂AlC粉中的损失显著。经过HF和TPAOH处理后,Nb₂CNSs显示出层状结构。II 3D NBGS的合成与表征
直观上看,从BGS、0.25 NBGS、0.5 NBGS到1.0 NBGS,支架的颜色由白色逐渐变为黑色,但在Nb₂C NSs改性过程中,其3D清晰的微孔结构没有发生变化。此外,随着Nb₂C NSs浓度的升高,Nb₂C NSs在NBGS表面相应增加,而微孔减少。NBGS的截面形貌和放大的界面SEM图像表明Nb₂C NSs和BGS的成功整合。图2. 3D NBGS的合成与表征。(a-d) 具有三维几何结构的BGS和NBGS的数码照片;(e-p) 不同放大率的SEM图像;(q) BGS和NBGS的XRD谱图;(r) BGS和NBGS的XPS谱;(s) BGS和NBGS的拉曼光谱。
III NBGS的光热特性和抗肿瘤性能将NBGS用于体内抗肿瘤实验获得了较好的效果。支架植入后24小时在肿瘤部位进行NIR-II (1064 nm激光)光触发热消融。近红外照射3 min内,异种移植物表面温度升高至~56℃,明显高于对照组(~40℃)。次日,对随机采集的各组肿瘤标本进行H&E、TUNEL和Ki-67染色,观察骨肉瘤消融效果。TUNEL和H&E染色显示BGS组、BGS+NIR组、NBGS组凋亡肿瘤细胞较少,而NBGS+NIR组可见明显的核解离,肿瘤细胞大量死亡。Ki-67染色也支持TUNEL和H&E染色结果。这些结果表明,NBGS可以有效杀死肿瘤细胞。为了评价NBGS的急性毒性作用,在激光照射后24 h取小鼠主要器官进行H&E染色。治疗组和对照组均未出现明显的炎症浸润或其他病理异常,说明NBGS用于光热骨肿瘤消融具有良好的生物安全性。原文链接
https://doi.org/10.1007/s40820-020-00547-6
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