科技播报

上海硅酸盐所在黑色素瘤治疗与创伤修复用智能生物支架材料方面取得重要进展

发布时间:2018-03-28 来源 上海硅酸盐所

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,然而,手术切除不仅会造成大块皮肤缺损,而且很难完全清除肿瘤细胞。因此,需要研制新型智能生物活性材料,在高效修复创面的同时能清除残余肿瘤细胞。 

近日,中国科学院上海硅酸盐研究所吴成铁研究员与常江研究员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。该团队与华东师范大学易正芳教授团队合作,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,取得了重要进展。该研究成果被美国化学会(ACS)出版集团的国际知名学术期刊ACS NanoDOI: 10.1021/acsnano.7b08928)在线发表(论文第一作者为上海硅酸盐所在读博士生余青青,指导导师为吴成铁研究员),并申请专利一项。 

该团队首先以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的光热性能,是一种优良的光热转换剂。并利用静电纺丝技术,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CuSi离子。Cu离子能稳定低氧诱导因子-1αHIF-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。此外,Si离子能促进皮肤成纤维细胞的增殖,通过激活EMTEndMT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。 

在近红外光照射下,该支架迅速升温,且最终温度随着掺入的硅酸铜微球的含量和激光功率的增加而增加,温度的升高进一步刺激药物分子的释放,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。 

  相关研究得到了国家重点研发计划、中组部青年千人计划和中国科学院前沿科学研究计划等基金的资助。 

  文章链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.7b08928  

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。 

 

复合支架的表征。(ab)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(cg0%;(dh10%;(ei30%;(fj)载药硅酸铜空心微球含量为30%;(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A0%B10%C20%D30%E:载药硅酸铜空心微球含量30%);(l)复合支架在近红外光照射下升温到374350℃时的药物释放曲线。

体内慢性创面修复效果。(a)第0591115天的慢性皮肤创口照片;(b15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、型胶原和型胶原蛋白的数量统计结果。

(上海硅酸盐所)

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