【摘 要】
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目的:癌症,是新世纪人类健康的最大威胁之一,而骨特殊的微观环境极易导致其他癌症转移到骨.目前较常用的临床治疗方法有手术治疗、放射治疗和化学治疗.然而手术治疗通常会有肿瘤细胞残余且造成大块的骨缺损.而放疗和化疗对病人会造成很大的毒副作用.光热治疗作为较为安全的新型肿瘤治疗方法得到了广泛关注.光热疗法在增加肿瘤疗效和减小副作用上展现了显著地优势.因此,将光热治疗与组织工程相结合,利用三维打印技术,制备
【机 构】
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中国科学院上海硅酸盐研究所,上海市200050
【出 处】
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第十五届上海地区医用生物材料学术研讨会
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目的:癌症,是新世纪人类健康的最大威胁之一,而骨特殊的微观环境极易导致其他癌症转移到骨.目前较常用的临床治疗方法有手术治疗、放射治疗和化学治疗.然而手术治疗通常会有肿瘤细胞残余且造成大块的骨缺损.而放疗和化疗对病人会造成很大的毒副作用.光热治疗作为较为安全的新型肿瘤治疗方法得到了广泛关注.光热疗法在增加肿瘤疗效和减小副作用上展现了显著地优势.因此,将光热治疗与组织工程相结合,利用三维打印技术,制备生物活性陶瓷支架,提供一个有利于细胞黏附、增殖、分化及生长的三维支架式外环境,光热功能化后,在短时间按内可以使照射区域升高温度,有效清除手术后的残余癌细胞和微小病灶.从而制备出具有抗肿瘤和骨修复双功能的生物活性陶瓷支架,在骨肿瘤的治疗中具有潜在的应用.方法:首先,利用三维打印技术,制备β-磷酸三钙(β-TCP)生物陶瓷支架材料.再利用氧化石墨烯进行表面修饰,改变氧化石墨烯的浓度、修饰次数、激光功率,测试其光热性能.进一步进行骨肿瘤细胞实验及建立裸鼠皮下肿瘤模型,探究功能化支架抗肿瘤能力.通过rBMSCs细胞增殖实验、细胞分化实验以及兔子的大块骨缺损模型探究功能化支架骨修复能力.结果:实验表明,功能化支架在超低功率下(0.36W/cm2),干状态照射5min后,温度由室温升高到90℃.浸泡在PBS中照射10min,温度升高到52℃,并且通过改变氧化石墨烯浓度、修饰次数、激光功率,实现了对功能化支架光热性能的调控.在体外实验中,功能化支架材料能够有效杀死肿瘤细胞,光照10 min,肿瘤细胞死亡率达到80%.裸鼠皮下肿瘤实验中,植入氧化石墨烯功能化支架组,利用808nm近红外光照射后肿瘤体积明显减小,肿瘤荧光强度和面积都显著减少.H&E染色结果显示,肿瘤细胞大面积死亡.而植入纯生物陶瓷支架光照组、没有光照组以及植入功能化支架没有光照组作为对照组,这三组的肿瘤体积随观察天数持续变大,15天后,对照组肿瘤体积是治疗组的12倍左右,荧光强度和面积随天数持续增加.说明植入功能化支架光照后能有效抗肿瘤.免疫毒性结果显示,功能化支架组和纯生物陶瓷组免疫相关因子IL-1 β,IL-6,TNF-α and IL-10的表达没有显著差异.功能化支架和纯陶瓷支架一样,没有引起显著的免疫反应.在体外的兔子骨髓间充质干细胞实验中,功能化支架保持很好的细胞相容性.功能化支架能显著促进成骨相关基因OCN、Runx2和BSP的表达.兔子体内动物实验表明,功能化生物陶瓷支架具有促进成骨的作用,植入8周后功能化支架组形成新骨的面积是纯生物陶瓷支架组的1.7倍左右.结论:综上所述,已成功制备出光热性能优异的功能化生物活性陶瓷支架材料.功能化支架具有可调控的光热性能、抗肿瘤能力、良好的细胞粘附增殖能力以及体内成骨效果.因此该材料有望作为双功能的抗肿瘤材料应用于骨组织工程.
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