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多功能新型生物活性玻璃材料研究獲進展

  發表時間:2021年04月20日  點擊數:334 次
 

中國科學院上海硅酸鹽研究所 2020/9/24 17:08:31

  作為一種新型腫瘤治療方式,光熱治療(PTT)顯示出優勢。但在常規的PTT中,很難測量腫瘤部位的準確溫度,PTT溫度過低,不能殺死腫瘤細胞,過高的溫度又可能燙傷周圍的正常組織。因此,在PTT過程中,原位監測溫度以確定PTT治療的最佳溫度、修復PTT治療時可能產生的對周邊正常組織燙傷是需要解決的問題,發展精準測量病灶部位溫度、兼具光熱治療腫瘤和組織修復的多功能生物活性材料具有重要意義。

  近日,中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員常江、吳成鐵帶領的研究團隊,在原位光熱治療、熒光監測光熱治療溫度并修復燙傷組織的光熱測溫生物活性材料研究方面獲得進展。該團隊設計制備了一種能產生光熱效應以殺死腫瘤、通過熒光監測腫瘤原位溫度、修復過高光熱對腫瘤周邊正常組織燙傷的多功能新型生物活性玻璃材料。相關研究成果以Multi-functional Bioactive Nd-Ca-Si Glasses for Fluorescent Thermometry,Photothermal Therapy and Burn Tissue Repair為題,發表在Science Advances上,并申請發明專利一項。上海硅酸鹽所在讀博士生馬玲玲為論文第一作者,導師、研究員常江為論文通訊作者。

  研究團隊采用無容器氣懸浮技術,將稀土元素Nd引入具有生物活性的鈣硅基(Ca-Si)材料中,制備出一種新型的多功能Nd-Ca-Si基生物活性玻璃。該生物玻璃具有近紅外光光熱性能、良好的熒光特性,且熒光強度與材料溫度呈線性關系,因此可在光熱治療過程中通過測量熒光強度測定光熱時腫瘤部位材料的溫度。該團隊將多功能Nd-Ca-Si生物活性玻璃海藻酸復合,制備出多功能可注射水凝膠,可原位注射到動物腫瘤部位;研究該生物玻璃復合水凝膠在不同溫度下PTT對腫瘤的殺傷作用及不同溫度對正常組織的燙傷程度,以此確定最佳PTT溫度,能有效消除腫瘤和避免/減輕周邊正常組織燙傷的光熱治療溫度。研究人員通過研究PTT腫瘤殺傷效果和周邊組織燙傷關系,發現在治療過程中很難完全避免對周邊正常組織的燙傷;生物玻璃復合水凝膠釋放的活性組分具有促進組織再生的生物活性,能夠促進細胞增殖、遷移及成血管基因表達。體內的動物實驗顯示,該類生物玻璃復合水凝膠可有效修復PTT過程中產生的周邊組織燙傷;在體內降解過程中不會產生組織及主要器官中材料降解產物的富集,無潛在毒性風險。該多功能生物玻璃可用于腫瘤光熱治療溫度監測和組織修復,還有可能作為溫度監測材料用于植入式熱療醫療器械的潛在應用。

  研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、上海市科學技術委員會等的支持。

  圖1.實驗設計示意圖

  圖2.合水凝膠的光熱/熒光性能。

A)復合水凝膠光學圖片。(B)復合水凝膠光熱曲線。(C)復合水凝膠熒光強度(1062 nm)與溫度的線性關系。(D)室溫下復合水凝膠在不同厚度的小鼠皮下的熒光光譜(1062 nm)。(E)穿過不同厚度小鼠皮的熒光強度與溫度的線性關系。(F)不同小鼠皮厚度與小鼠皮上下的溫度差的線性關系。(G)室溫下不同動物皮膚組織在相同厚度(1.64 mm)的熒光光譜(1062 nm)。(H)穿過相同厚度不同動物皮膚的熒光強度與溫度的線性關系。

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