Advanced Materials | 時序性多功能3D打印支架為骨肉瘤術(shù)后階段性防治提供策略
近日,中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院醫(yī)工所轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)中心秦嶺、賴毓霄研究員團隊,圍繞骨肉瘤(OS)術(shù)后面臨的重大挑戰(zhàn),針對骨缺損部位早期抗菌、抗腫瘤,長效促成骨的階段性治療需求,設(shè)計研發(fā)了一種時序性多功能3D打印MgO2/PLGA支架,該支架可實現(xiàn)階段性序貫控釋鎂離子(Mg2+)和活性氧(ROS),具有早期預(yù)防腫瘤術(shù)后復(fù)發(fā)、抑制細菌感染和長效促進骨缺損修復(fù)的時序性多功能。相關(guān)研究成果以Time-sequential and Multi-functional 3d Printed MgO2/PLGA Scaffold Developed as A Novel Biodegradable and Bioactive Bone Substitute for Challenging Postsurgical Osteosarcoma Treatment為題發(fā)表在Advanced Materials(IF:29.4)上。論文第一作者為李彩榮助理研究員和張衛(wèi)副研究員,通訊作者為秦嶺教授和賴毓霄研究員。
OS是最常見的骨原發(fā)惡性腫瘤。但OS切除手術(shù)后存在大面積骨組織損傷難以治愈、腫瘤轉(zhuǎn)移復(fù)發(fā)、患者免疫力低下易感染等問題,OS術(shù)后治療面臨巨大挑戰(zhàn)。合理設(shè)計研發(fā)具有早期預(yù)防腫瘤復(fù)發(fā)、抑制細菌感染和長期促進骨缺損修復(fù)的時序性多功能生物活性支架有望成為OS術(shù)后治療的有效策略。我們設(shè)計并穩(wěn)定合成可多重釋放功能的納米MgO2顆粒,通過低溫3D打印技術(shù)制備MgO2/PLGA復(fù)合支架,研究證實MgO2通過粒子增強作用提升復(fù)合支架的抗壓性能,MgO2/PLGA復(fù)合支架具有良好的機械性能,在植入早期(前3周)降解釋放過氧化氫(H2O2),通過化學(xué)動力學(xué)療法(CDT)誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡和鐵死亡,并通過巨噬細胞M1型極化激活抗腫瘤免疫微環(huán)境。植入12周內(nèi)持續(xù)的釋放Mg2+,并通過激活Wnt3a/GSK-3 / -catenin信號通路促進hBMSCs成骨分化,促進巨噬細胞M2型極化形成良好的促成骨分化免疫微環(huán)境,從而促進骨修復(fù)。體內(nèi)抗感染、抗腫瘤、促成骨動物實驗分別驗證了20MP支架具有良好的抗感染、抗腫瘤及促成骨效果,滿足骨腫瘤術(shù)后不同階段的質(zhì)量與修復(fù)需求。該時序多功能支架的研發(fā)有望為骨肉瘤術(shù)后難治愈性骨缺損修復(fù)提供新策略。
該研究是深港團隊密切合作的成果,得到了國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院創(chuàng)新交叉團隊、香港卓越學(xué)科領(lǐng)域計劃的支持。

基于病理生理學(xué)的3D打印MgO2/PLGA支架設(shè)計理念示意圖,以及時序性多功能活性用于骨肉瘤術(shù)后骨缺損修復(fù)的機制
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