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由于肿瘤复发和骨缺损，骨肉瘤的术后治疗面临巨大挑战。
2024年11月20日，北京大学夏丹丹、郑玉峰和清华大学温鹏共同通讯在 Advanced Materials 在线发表题为“Additively Manufactured Biodegradable Zn-Based Porous Scaffolds to Suppress Osteosarcoma and Promote Osteogenesis”的研究论文。该研究利用激光粉末床熔融技术制备了可生物降解的Zn-Li多孔支架，以抑制肿瘤并促进成骨。带有Gyroid单元的Zn-0.8Li多孔支架平衡了降解过程中Zn2+和Li+的共释放，产生良好的抗肿瘤和成骨作用。
体外实验中，Zn-0.8Li支架通过抑制肿瘤细胞增殖、促进细胞凋亡、缓解迁移来显著抑制骨肉瘤进展，同时增强成骨标志物的表达，促进成骨分化。体内实验中，Zn-0.8Li支架抑制恶性骨肉瘤发展并促进骨缺损区域的骨再生。转录组分析进一步揭示了可生物降解Zn-0.8Li支架同时释放Zn2+和Li+下调PI3K/Akt信号通路，增强抗骨肉瘤活性。总之，利用激光粉末床熔融技术制备的Zn-0.8Li多孔支架的抗肿瘤和成骨性能显著增强，是骨肉瘤术后治疗的一种有效替代方案。
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骨肉瘤是一种普遍的恶性骨肿瘤，主要影响青少年，每年每百万人中约有3-4.5例。尽管临床治疗取得了进展，但非转移性骨肉瘤患者的5年无事件生存率仅为60%， 30-40%的患者出现局部或远处复发。术后治疗的挑战包括肿瘤细胞清除不完全导致复发，以及手术干预导致的骨组织缺损。因此，迫切需要制定精确的术后骨肉瘤治疗策略，确保彻底根除异质性骨肉瘤细胞并有效重建骨缺损。3D打印技术的最新进展给骨肉瘤切除术后骨科植入领域带来了变革性发展，尤其是个性化多孔钛（Ti）植入物。这些植入物能够精确贴合解剖学结构，并通过互连的微孔有效模拟骨骼生长，有效促进骨整合。然而，Ti合金具有生物惰性，允许肿瘤浸润，导致肿瘤复发和次优成骨。有研究探索了镁（Mg）合金对抗肿瘤和成骨的潜在积极作用。然而，镁合金降解速度较快，影响其机械强度并导致耐用性差。此外，Mg合金的降解诱导形成皮下氢气腔。综上所述， Mg合金植入物在术后骨肉瘤治疗中的应用受到限制。![]()
图1 制备可生物降解的Zn-Li多孔支架抑制骨肉瘤并促进成骨（摘自Advanced Materials）与Mg合金相比，锌（Zn）合金植入物的抗降解性更为优越，且不会产生气体。已有研究表明，含有锂（Li）的二元Zn合金效果能够提供更强大的机械支撑。一方面，Zn-Li支架通过骨免疫调节促进成骨，是骨再生的潜在移植物。另一方面，Zn2+通过蛋白酶体泛素化诱导多个p53突变体的可变降解，抑制肿瘤细胞增殖，激活内质网应激诱导免疫原性细胞死亡，并通过Zn2+沉默早期生长反应蛋白1mRNA来抑制肿瘤细胞迁移依赖性DNase。Li+还通过阻断糖原合成酶激酶3（GSK-3）激活来影响恶性生物肿瘤细胞行为。尽管具有广阔的抗肿瘤潜力，但尚未探索Zn-Li支架的抗肿瘤作用在骨肉瘤术后治疗中的应用。优化Zn-Li支架的Zn2+和Li+释放行为，将增强术后骨肉瘤治疗的抗肿瘤和成骨效果。
该研究制备了具有优异抗肿瘤和骨重建性能的Zn-0.8Li多孔支架。利用3D打印-集成制备的优势，优化了Zn-Li支架的机械强度、降解行为和生物功能。简而言之，Li+的加入赋予支架足够的机械强度。通过改变Zn-Li支架中Li+含量，控制不同量Zn2+和Li⁺的共释放，表现出良好的降解行为。Zn-0.8Li支架降解及Zn2+释放协同抑制肿瘤细胞的恶性生物学行为并促进成骨细胞分化，从而消除残留肿瘤细胞并增强骨肉瘤切除术后的骨再生。
参考消息：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202410589?saml_referrer=
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