Advanced Materials | 時序性多功能3D打印支架為骨肉瘤術后階段性防治提供策略
近日,中國科學院深圳先進技術研究院醫(yī)工所轉化醫(yī)學中心秦嶺、賴毓霄研究員團隊,圍繞骨肉瘤(OS)術后面臨的重大挑戰(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),具有早期預防腫瘤術后復發(fā)、抑制細菌感染和長效促進骨缺損修復的時序性多功能。相關研究成果以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切除手術后存在大面積骨組織損傷難以治愈、腫瘤轉移復發(fā)、患者免疫力低下易感染等問題,OS術后治療面臨巨大挑戰(zhàn)。合理設計研發(fā)具有早期預防腫瘤復發(fā)、抑制細菌感染和長期促進骨缺損修復的時序性多功能生物活性支架有望成為OS術后治療的有效策略。我們設計并穩(wěn)定合成可多重釋放功能的納米MgO2顆粒,通過低溫3D打印技術制備MgO2/PLGA復合支架,研究證實MgO2通過粒子增強作用提升復合支架的抗壓性能,MgO2/PLGA復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),通過化學動力學療法(CDT)誘導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。體內抗感染、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,滿足骨腫瘤術后不同階段的質量與修復需求。該時序多功能支架的研發(fā)有望為骨肉瘤術后難治愈性骨缺損修復提供新策略。
該研究是深港團隊密切合作的成果,得到了國家自然科學基金委、中國科學院創(chuàng)新交叉團隊、香港卓越學科領域計劃的支持。

基于病理生理學的3D打印MgO2/PLGA支架設計理念示意圖,以及時序性多功能活性用于骨肉瘤術后骨缺損修復的機制
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