Advanced Functional Materials:近红外光触发丝素蛋白生物支架及肿瘤骨的光热治疗和组织修复

在过去的50年中,尽管癌症的治疗手段得到了很大改善,但仍存在局限性,某些癌症依然无法根除,如骨肿瘤。骨是转移性疾病的第三大常见部位,骨肿瘤目前较常见的治疗方法包括手术方法、放射治疗和药物靶向治疗。不幸的是,这些方法不仅杀死大量正常细胞,破坏免疫系统的风险,而且充其量只是姑息疗法,不会提高患者的整体生存率。骨癌患者通常选择截肢术去除癌性骨组织,这给患者的身心造成巨大痛苦。

与传统的治疗方法相比,光热疗法(PTT)对人体伤害小,其治疗作用仅发生在光敏剂积累和激光辐射的地方,故逐渐成为当前治疗癌症的热门方法。厦门大学材料学院林乃波课题组首次考虑通过制备有光热功能的聚多巴胺@丝素蛋白(PDA@SF)组织工程支架,同时赋予了该支架的光热杀死癌细胞和修复骨组织的性能。相关结果发表在Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.202007188)上。

由于出色的生物相容性、独特的力学性能、可控的降解速率、易获得性等特点,丝素蛋白被认为是未来最有前景的蛋白质材料之一。作为结构和性能可调节的生物质,三维丝素蛋白材料有利于损伤组织的再生,可应用于组织工程。聚多巴胺是一种人工合成黑色素类似物,是能广泛吸收近红外光的生物材料,该科研团队利用聚多巴胺纳米颗粒的光热性能,将其作为光敏剂对丝素蛋白进行功能化。采用简单的冷冻干燥法制备了PDA@SF组织工程支架,该支架拥有相互连接的200 μm微孔结构,随着聚多巴胺纳米颗粒含量的增加,在微孔壁上出现很多小孔,形成了多级孔洞结构,这有利于组织工程支架内部的物质交换。另外受益于聚多巴胺纳米颗粒的表面基团调控,PDA@SF支架的结晶度提高,使得材料机械性能更加优异。发现PDA@SF支架具有优异的光热性能,在近红外激光照射下,浸入水中PDA@SF的支架温度明显升高,最高可升至63.3oC。与PDA@SF支架共同孵育的骨肉瘤细胞(MG63)在激光照射后明显死亡,表明该支架具有一定的光热毒性。在光纤的辅助下,植入小鼠体内的PDA@SF支架可升温至40oC以上,可以达到光热治疗所需的温度。综上,设计具有光热肿瘤治疗和骨组织再生的双重功能的PDA@SF组织工程支架为骨癌治疗提供新思路。