骨肉瘤是一種惡性骨惡性良性腫瘤疾病，通常伴有溶骨破壞、局部腫脹疼痛、骨折、早期肺轉移等臨床表現，嚴重影響患者的生活品質和身心健康。目前骨肉瘤的主要治療政策包括保肢手術（骨肉瘤切除術）聯合術後化療和放療。然而，手術切除的有效性受到惡性良性腫瘤組織切除不完全的限制，殘留惡性良性腫瘤細胞的存在可導緻骨肉瘤複發。術後化療和放療會引起脫發、免疫力下降、嘔吐等不良反應，嚴重影響患者的生活品質。此外，骨肉瘤的侵襲性很強，往往會導緻嚴重的骨缺損，難以自我修複，導緻患者行動不便甚至殘疾。是以，不損害免疫系統的前提下，迫切需要設計和開發有效的治療政策，以滿足惡性良性腫瘤消除和骨缺損修複的雙重需求。
為解決上述問題，西北大學博士研究所學生姚嘉欣等制備了一種具有輕度光熱效應和離子釋放活性的可注射水凝膠系統，該系統可以殺死骨肉瘤手術後殘留的惡性良性腫瘤細胞并促進新骨的形成（圖1）。該可注射水凝膠系統由Se和Mg共摻雜的羟基磷灰石（Se15%/Mg30%-HAp）納米棒（圖2b）、聚多巴胺包被的CaO2納米球（CaO2-PDA NSs）、酰肼鍵接枝的絲膠蛋白（Ser-ADH）和氧化硫酸軟骨素（OCS）組成。它們通過動态席夫堿交聯和聚合物-納米顆粒互相作用，形成具有剪切稀化和動态交聯重建特性的SOH1(CP)1可注射水凝膠系統。
圖1. SOH1(CP)1可注射水凝膠系統抗惡性良性腫瘤和促骨缺損修複的機理圖
圖2. Sex/Mgy-HAp納米棒的TEM圖（通過細胞毒性實驗對這些納米棒進行篩選，選擇出Se15%/Mg30%-HAp納米棒用于後續理化性質表征和生物學功效實驗）。SOH1(CP)1可注射水凝膠系統中的CaO2-PDA NSs具有輕度光熱轉換（41-45°C）功能，通過每天僅10分鐘的近紅外光照射，将光能轉化為熱能，進而産生顯著的抗惡性良性腫瘤活性，實作惡性良性腫瘤細胞快速消融的療效，同時可避免對惡性良性腫瘤周圍正常組織和皮膚造成熱損傷（圖3）。在非輻照期，該可注射水凝膠系統中的Se15%/Mg30%-HAp緩慢釋放的SeO32−能有效抑制惡性良性腫瘤細胞的增殖和轉移。另外，從CaO2-PDA NSs釋放的O2可以調節惡性良性腫瘤的缺氧微環境，進而逆轉惡性良性腫瘤免疫抑制，并增加惡性良性腫瘤細胞對輕度光熱和SeO32−化療協同療法的敏感性，進一步增強可注射水凝膠系統的抗惡性良性腫瘤療效。
圖3. SOH1(CP)1可注射水凝膠系統的輕度PTT的功效表征從骨肉瘤細胞實驗證明，該可注射水凝膠系統可以通過具有快速特點的輕度PTT，在短時間内強烈的殺死惡性良性腫瘤細胞；通過具有時間依賴性釋放特點的SeO32−化療，利用長期的離子釋放，穩定、持續的殺死惡性良性腫瘤細胞(圖4)。該SOH1(CP)1可注射水凝膠系統在治療裸鼠腋下荷瘤（骨肉瘤）18天後，實作了100%的惡性良性腫瘤根除率（圖5）。
圖4. SOH1(CP)1可注射水凝膠系統抗惡性良性腫瘤療效的細胞實驗驗證
圖5. SOH1(CP)1可注射水凝膠系統抗惡性良性腫瘤療效的動物實驗驗證最後，針對骨肉瘤消除後，大面積骨缺損難以自行修複的問題。該SOH1(CP)1可注射水凝膠系統中，由于水凝膠的降解行為與骨修複周期相比對，包括水凝膠骨架降解産物對促進間充質幹細胞增殖的營養支援，以及無機納米粒子中釋放的Ca2+、Mg2+和PO43-對促進成骨分化的正向調節作用。該可注射水凝膠系統顯示出優異的骨缺損修複功效(圖6)。
圖6. SOH1(CP)1可注射水凝膠系統的骨缺損修複療效驗證這種有機-無機複合可注射水凝膠體系，既具有高的抗骨肉瘤效果，又有較強的骨修複促進功效，為解決現有骨肉瘤相關骨缺損修複治療政策下“手術切除不完全、易複發”和“強惡性良性腫瘤侵襲引起的骨缺損難修複”問題提供了一種新穎的工具。這種雙離子輔助的輕度光熱療法為骨肉瘤的術後治療提供了新的政策。該研究成果以“An injectable hydrogel system with mild photothermal effects combined with ion release for osteosarcoma-related bone defect repair”為題線上發表于Wiley材料領域頂級期刊《Advanced Functional Materials》上。來源：高分子科學前沿