中科院上海硅酸鹽研究所吳成鐵研究員團(tuán)隊(duì)首次設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)了一種具有腫瘤治療和傷口愈合功能的快速成型原位噴霧水凝膠，對(duì)于清除手術(shù)切除后殘留的腫瘤組織和快速促進(jìn)皮膚創(chuàng)面愈合至關(guān)重要。他們發(fā)現(xiàn)β-FeSi2（FS）可作為一種新型抗腫瘤劑，不僅具有理想的光熱性能，而且釋放的Fe離子可以在腫瘤部位誘導(dǎo)芬頓反應(yīng)，具有化學(xué)動(dòng)力療法的特性。因此，β-硅化鐵/海藻酸鈉(FS/SA)復(fù)合噴霧水凝膠可以通過(guò)光熱和化學(xué)動(dòng)力協(xié)同有效地殺死腫瘤細(xì)胞，腫瘤細(xì)胞死亡率高達(dá)95%。對(duì)光熱與化學(xué)動(dòng)力互相增強(qiáng)的相關(guān)機(jī)制進(jìn)行了分析：首先，高溫能夠加強(qiáng)芬頓反應(yīng)，即光熱療法 (PTT) 促進(jìn)了化學(xué)動(dòng)力療法 (CDT)；其次，細(xì)胞內(nèi)?OH可抑制熱休克蛋白的表達(dá)，即CDT增強(qiáng)了PTT。同時(shí)，F(xiàn)S/SA復(fù)合噴霧水凝膠可以通過(guò)釋放一定量的Fe和Si離子來(lái)促進(jìn)相關(guān)皮膚組織細(xì)胞的遷移、分化，有利于創(chuàng)面愈合。特別地，通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了FS/SA復(fù)合噴霧水凝膠能夠促進(jìn)成血管相關(guān)基因表達(dá)以及顯示出良好的成血管能力。進(jìn)一步通過(guò)燒傷動(dòng)物模型，一方面證明了FS/SA復(fù)合噴霧水凝膠優(yōu)異的傷口愈合功能，尤其能夠促進(jìn)新生真皮內(nèi)血管新生；另一方面，驗(yàn)證了噴霧水凝膠在緊急傷口治療中的簡(jiǎn)便、高效和及時(shí)的優(yōu)點(diǎn)。

圖 1. β-FeSi₂ (FS) 關(guān)鍵理化性能表征。(a) XRD 分析；(b) FS 的 SEM 圖像；(c) FS水分散液(2.5 mg/mL)在不同激光功率密度(808 nm， 0.30、0.45和0.60 W/cm²)照射下的升溫曲線(xiàn)；(d）不同 FS 含量的 Tris-HCl 浸提液（pH = 6.0，24 h）與 H₂O₂、TMB共孵育后的 UV-vis 吸收光譜。

圖 2. FS/SA 復(fù)合水凝膠用于裸鼠皮膚腫瘤治療。(a) SA + NIR 和 SA-10 FS + NIR 組小鼠在 0、1、3、5、10、15 分鐘的紅外熱圖像；(b) 第 0 天和第 12 天裸鼠腫瘤部位的照片；(c) 12 天內(nèi)五組（n = 4，每隔一天記錄）的相對(duì)腫瘤體積變化曲線(xiàn)；（d）12天后腫瘤組織的光學(xué)照片；(e) 腫瘤組織的 H&E 染色圖像。

圖 3. 噴霧式 FS/SA 復(fù)合水凝膠用于燒傷皮膚傷口愈合。(a) 第 0、2、8、14 天皮膚傷口照片；(b) 不同組在第 0、2、8、14 天創(chuàng)面大小變化示意圖；(c) 創(chuàng)面閉合率統(tǒng)計(jì)；(d) 14 天后新生皮膚的 H&E 染色：黑色箭頭：疤痕；綠色箭頭：新生表皮；（e）CD31免疫熒光染色（白色箭頭：新生血管）；(f) 新生真皮內(nèi)血管數(shù)目統(tǒng)計(jì)。

綜上，他們首次將FS作為一種生物活性材料用于組織工程，拓寬了FS的應(yīng)用領(lǐng)域。并且FS/SA復(fù)合噴霧水凝膠可用作一種多功能生物活性材料，用于皮膚腫瘤和傷口愈合的便攜式治療，為家庭、野外等緊急情況下的創(chuàng)傷治療提供一種新策略。

論文第一作者為中科院上海硅酸鹽研究所的在讀碩士生馬文平，上海硅酸鹽研究所的馬紅石副研究員、吳成鐵研究員為該文章的共同通訊作者。該研究得到了中國(guó)科學(xué)院創(chuàng)新交叉團(tuán)隊(duì)、上海市科委、上海市啟明星計(jì)劃和中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)的支持。

論文信息：

Wenping Ma, Hongshi Ma*, Pengfei Qiu, Hongjian Zhang, Zhibo Yang, Bing Ma, Jiang Chang, Xun Shi, Chengtie Wu*. Sprayable β-FeSi2 composite hydrogel for portable skin tumor treatment and wound healing. Biomaterials 2021, 279, 121225.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0142961221005822?via%3Dihub