摘要
香芹酚是一种有效的抗菌剂和消炎剂，而姜黄素则具有抗氧化、消炎和抗癌特性。这些植物化学物质在游离状态下的溶解度、生物利用度和稳定性都很差。纳米封装可以减少这些限制，提高转化能力。将纳米载体与3D打印的磷酸钙（CaP）支架相结合，为骨再生提供了一种新策略。用熔融乳化法合成的香芹酚和姜黄素负载纳米颗粒（CC-NP）可产生带负电荷的单分散颗粒，其水动力直径约为127 nm。在生理和酸性条件下，它们从支架中的释放呈双相释放。在pH值为5.0时，CC-NP显示出53%的姜黄素释放率和近100%的香芹酚释放率，而它们在各自药物溶液中的释放率分别为19%和36%。在 pH 值为 7.4 时，姜黄素和香芹酚的释放量分别为 40% 和 76%，这突出表明了它们对 pH 值敏感的释放机制。体外研究表明，经 CC-NP 处理后，成骨细胞的活力提高了 1.4 倍。CC-NP对骨肉瘤细胞具有细胞毒性作用，可使细胞活力降低≈2.9倍。在对金黄色葡萄球菌（SA）和绿脓杆菌（PA）的抗菌效果评估中，CC-NP 的抗菌率达到 98%。这种方法提高了治疗效果，并最大限度地减少了传统治疗方法可能产生的副作用，为再生医学的创新应用铺平了道路。
图文简介
图1 通过CREST-xTB构象搜索发现的最稳定构象的香芹酚和姜黄素的化学相互作用。
图2 CC-NP配方。A)制剂制备遵循的合成方案。D)制备的平均粒径为127 nm的纳米颗粒粒径分布图。E)纳米颗粒的TEM图像。
图3 香芹酚和姜黄素在pH 5.0和pH 7.4下从药物溶液和纳米颗粒中释放。A) 3D打印支架CC-NP释放示意图。B)和C)显示了姜黄素和香芹酚的分子结构，突出了官能团和潜在的电离位点。D)在pH 5.0和7.4条件下，释放30天后TCP、药物溶液和纳米颗粒负载样品的SEM图像和E)光学图像，使用Keyence显微镜。
图4 在pH 5.0和pH 7.4下，香芹酚和姜黄素从其药物溶液(CC-DS)和纳米颗粒(CC-NP)中释放。A) pH 5.0时姜黄素的释放。B) pH 7.4时姜黄素的释放。C) pH 5.0时香芹酚的释放量，D) pH 7.4时香芹酚的释放量。
图5 CC-NP对成骨细胞的抑制作用。A)细胞培养过程示意图。B)第3,7和11天的MTT细胞活力测定，表明与TCP相比，治疗后成骨细胞增殖显著。C)细胞培养第11天的ALP测定。D)细胞培养11天后的扫描电镜图像显示，细胞粘附良好，成骨细胞的丝状延伸很好地分布在整个基质中。E)细胞培养7天后的活细胞图像，绿色荧光为活细胞，红色荧光为死细胞。
图6 CC-NP对骨肉瘤细胞的抗癌作用研究。A)细胞培养过程中使用的方法，B) MTT细胞活力测定。C)细胞培养7天后的JC-1检测共聚焦图像，红色荧光显示健康的骨肉瘤细胞，绿色荧光显示不健康的细胞。D) 11天后的活死图像，绿色荧光表示活细胞，红色荧光表示死细胞。E)细胞培养11天后的扫描电镜图像，对照样品显示细胞在底物上扩散良好，粘附良好(细胞以绿色突出显示)。
图7 CC-NP对SA和PA菌的抑菌效果。A) CC-NP对SA在36和72 h时间点的抗菌效果为≈98%。B)两个时间点对应的细菌琼脂板。C) SA的SEM图像(细菌以黄色突出显示)D) SA的活死图像。E)时间点36和72 h的PA琼脂板图像和F) PA的SEM图像，黄色为3DP TCP支架上的PA细菌，CC- np和CC处理样品中观察到破裂形态
结论
在本研究中，在3d打印的TCP支架上加载香芹酚和姜黄素纳米颗粒，显示出增强的成骨能力、强大的抗肿瘤作用和广谱抗菌功效，使其成为一种很有前景的骨再生双作用治疗策略。本研究采用的包封技术的效率为99%，为稳定挥发性植物化学物质提供了一种有前途的策略。在生理和病理条件下分析的这些CC-NPs的ph响应释放曲线表明，可以精细调整以满足临床需要的受控释放机制，表明控制释放动力学的扩散和侵蚀过程之间存在复杂的相互作用。细胞培养研究表明，CC-NP处理大大提高了成骨细胞的活力和分化，证明了该配方在支持骨再生方面的潜力。与第3天的TCP样品相比，第11天的CC-NP负载样品观察到成骨细胞的光密度增加了1.4倍。对骨肉瘤细胞的显著细胞毒性作用使这些CC-NPs成为癌症治疗的有效选择，引入了具有再生和抗肿瘤能力的双重作用支架。第11天，与第3天的对照组相比，第11天CC-NP负载样品的细胞活力降低了约2.9倍。对临床相关菌株的广谱抗菌效果(98%)增强了CC-NP在预防骨损伤和外科植入物感染方面的潜力。
DOI: 10.1002/smll.202405642
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