研究内容简介
骨肉瘤(OS)是最常见的恶性原发性骨肿瘤，容易发生肺部转移，恶性程度高，预后差。现有治疗骨肿瘤手段如外科保肢手术治疗、新辅助化疗(术前化疗+外科治疗+术后化疗)等，无法平衡治疗与修复之间的矛盾，如手术切除后的大面积骨缺损若无法修复，导致的致残致畸率非常高，严重影响病患的术后生活质量。因此，如何早期干预骨肿瘤并有效防止术后复发，减少放/化疗带来的严重毒副作用及骨肿瘤组织切除术后残留肿瘤细胞的消融和术后大面积骨缺损的修复及再生，是提高骨肿瘤术后生存率的有效办法，也是当代恶性骨肿瘤临床治疗中富有挑战性的重要问题，需要寻找新型的治疗策略是解决骨肿瘤临床问题的关键，中国科学院深圳先进技术研究院赖毓霄团队创新性的构建了一种骨肿瘤治疗-骨缺损修复一体化活性生物材料，在金属镁颗粒与PLGA聚合物的复合材料体系基础上，构建具有“抑制肿瘤+促进成骨+力学适配”一体化活性支架。以3D打印技术为桥梁，实现宏观/微观多重结构仿生、力学适配及组成可控的复合多孔支架的精准制造（图1），通过材料学、影像学、组织学、分子生物学等手段，深入探讨了镁复合多功能支架的组成结构与其降解性能、光热性能、体内降解的产物与抑制肿瘤及促进成骨之间的生物学机制。镁复合多功能支架具有良好的生物相容性和降解可控性，通过一系列的光热实验证明了在近红外激光照射下，金属镁颗粒具有良好的近红外光热效果，镁复合多功能支架能在近红外光响应条件下快速实现残余肿瘤的消融（图2），有效抑制了肿瘤复发，而且释放的镁离子能够促进后期的骨再生（图3），进而赋予支架抑制肿瘤复发和缺损骨修复的双功能。通过研究发现镁复合多功能支架可激活成骨细胞的AKT和β-catenin通路，上调成骨细胞相关转录因子Runx2、Osterix的表达和晚期OPN基因、OPG基因、OCN蛋白的表达。为研发多功能活性生物材料用于骨肉瘤术后防复发治疗及骨修复再生提供新思路与新方法，具有广阔的临床应用前景。相关成果发表在Biomaterials上，论文第一作者为中国科学院深圳先进技术研究院龙晶和张卫副研究员，通讯作者为中国科学院深圳先进技术研究院赖毓霄研究员。该工作的完成还要特别感谢香港中文大学秦岭教授和中科院深圳先进技术研究院材料界面中心喻学峰团队的大力支持。图1.a.利用低温3D打印技术制备不同组成的镁复合多功能支架。b-g.利用SEM考察镁复合多功能支架的材料微观形貌，横截面和纵切面观察显示支架的连通性良好，孔壁分布5μm至50μm的微孔，进而达到结构仿生松质骨的效果。k-n.利用能量色散谱(EDS)对材料整体表面进行元素分布分析以证明金属镁颗粒在支架中分布均匀。h-j.镁复合多功能支架的Micro-CT扫描观察。
图2.骨肉瘤裸鼠动物模型手术后防复发研究。红外热成像图(a)，小动物活体荧光成像图(b)，肿瘤区域温度变化曲线(c)，肿瘤相对体积曲线(d)和小鼠体重曲线(e)。
图3.利用Micro-CT分析SD大鼠股骨缺损区域的松质骨及皮质骨再生结果。植入镁复合多功能支架的实验组新生骨量显著高于对照组。实验结果证明利用3D打印技术制备的多孔镁复合多功能支架可缓慢释放镁离子，可实现功能化结构与活性组成的最优化双重协同调控，达到有效促进缺损部位的新骨生成。
课题组简介中国科学院深圳先进技术研究院赖毓霄研究员：博导，任中国科学院深圳先进技术研究院医工所所长助理，转化医学研究与发展中心执行主任，广东省生物医用材料增材制造工程实验室主任。主要从事骨科相关生物材料的研究，发展了基于增材制造的个性化、多参数调控的生物材料精准成型技术，研制了系列活性骨修复材料。主持了包括国家青年科学家项目、国家自然科学基金优青项目、广东省科技计划重点专项、深圳市战略性新兴产业发展“创新链-产业链”融合专项等国家及地方科技计划项目。主要研究结果发表在《Biomaterials》等生物材料领域权威杂志国际期刊上发表SCI论文40余篇，在生物材料领域积累了良好的研究基础。作为第一发明人的专利核心发明专利“3D打印技术”获中国专利银奖。孵化3D打印含镁骨修复产品已通过国药总局创新医疗器械特别审批并进入产业化，实现科研成果转移转化。
中国科学院深圳先进技术研究院张卫副研究员：硕导，毕业于中山大学，获化学专业学士和博士学位，分别于国家纳米科学中心和新加坡国立大学从事博士后研究。获深圳市海外高层次人才“孔雀计划”（B类）。主要从事新型抗肿瘤纳米药物和骨科生物材料的研发及临床转化工作。已在ChemSocRev、Biomaterials和ACSApplMaterInterfaces等国际权威期刊发表SCI论文20余篇，多次被选为封面，他引余次。主持国家自然科学基金、深圳市自然科学基金和中科院深圳先进技术研究院优秀青年创新基金，作为骨干成员参与国家自然科学基金重点项目、科技部重点研发计划和中科院战略先导科技专项等。
基金资助该研究得到了国家自然科学基金委（，）,中国科学院创新交叉团队项目（JCTD--19），深圳市战略性新兴产业发展专项资金“创新链+产业链”融合专项扶持计划（）和深圳科创委基础研究项目（JCYJ）的支持。
论文信息
Paperinformation
JingLong#,WeiZhang#,YingqiChen,BinTeng,BenLiu,HuilinLi,ZhenyuYao,DouWang,LongLi,Xue-FengYu,LingQin,YuxiaoLai*.Multifunctionalmagnesiumincorporatedscaffoldsby3D-Printingfor