上海硅酸盐所在肿瘤治疗与组织再生一体化生物玻璃研究方面取得新进展

光热治疗（PTT）作为一种新型肿瘤治疗方式显示了其独特的优势，但在常规的PTT中，很难测量肿瘤部位的准确温度。PTT温度过低不能杀死肿瘤细胞，而过高的温度又可能烫伤周围的正常组织。因此，在PTT过程中，原位监测温度以确定PTT治疗的最佳温度，同时修复PTT治疗时可能产生的对周边正常组织烫伤是需要解决的关键问题。发展精准测量病灶部位温度，同时兼具光热治疗肿瘤和组织修复的多功能生物活性材料具有重要的意义。 

近日，中国科学院上海硅酸盐研究所常江研究员和吴成铁研究员带领的研究团队在原位光热治疗、荧光监测光热治疗温度并修复烫伤组织的光热测温生物活性材料研究方面取得新进展。该团队设计制备了一种既能产生光热效应以杀死肿瘤，又能通过荧光监测肿瘤原位温度，同时还能修复过高光热对肿瘤周边正常组织烫伤的多功能新型生物活性玻璃材料。该研究成果以“Multi-functional Bioactive Nd-Ca-Si Glasses for Fluorescent Thermometry, Photothermal Therapy and Burn Tissue Repair”为题发表在Science Advances杂志(Sci. Adv. 2020; 6：eabb1311 )上，并申请发明专利一项，该论文第一作者为上海硅酸盐所在读博士生马玲玲，导师和通讯作者为常江研究员。 

该团队采用无容器气悬浮技术，将稀土元素Nd引入具有生物活性的钙硅基（Ca-Si）材料中，制备出一种新型的多功能Nd-Ca-Si基生物活性玻璃。这种生物玻璃既具有近红外光光热性能，又具有良好的荧光特性，而且荧光强度与材料温度呈线性关系，因此可以在光热治疗过程中通过测量荧光强度准确测定光热时肿瘤部位材料的温度。该团队进一步将多功能Nd-Ca-Si生物活性玻璃海藻酸复合，制备成多功能可注射水凝胶，可以方便的原位注射到动物肿瘤部位。同时研究了该生物玻璃复合水凝胶在不同温度下PTT对肿瘤的杀伤作用以及不同温度对正常组织的烫伤程度，以此确定了最佳PTT温度，即既能有效消除肿瘤，又能避免/减轻周边正常组织烫伤的光热治疗温度。此外，通过对PTT肿瘤杀伤效果和周边组织烫伤关系的研究还发现，在治疗过程中很难完全避免对周边正常组织的烫伤，而生物玻璃复合水凝胶释放的活性组分具有促进组织再生的生物活性，能够显著促进细胞增殖、迁移及成血管基因表达。体内的动物实验显示，该类生物玻璃复合水凝胶还可以有效修复PTT过程中产生的周边组织烫伤，同时在体内降解过程中不会产生组织及主要器官中材料降解产物的富集，没有潜在的毒性风险。这种多功能生物玻璃不仅可以用于肿瘤光热治疗温度监测和组织修复，还有可能作为温度监测材料用于植入式热疗医疗器械的潜在应用。 

相关研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科委等基金支持。 　  

原文链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.abb1311 

实验设计示意图

复合水凝胶的光热/荧光性能。（A）复合水凝胶光学图片。（B）复合水凝胶光热曲线。（C）复合水凝胶荧光强度（1062 nm）与温度的线性关系。（D）室温下复合水凝胶在不同厚度的小鼠皮下的荧光光谱（1062 nm）。（E）穿过不同厚度小鼠皮的荧光强度与温度的线性关系。（F）不同小鼠皮厚度与小鼠皮上下的温度差的线性关系。（G）室温下不同动物皮肤组织在相同厚度（1.64 mm）的荧光光谱（1062 nm）。（H）穿过相同厚度不同动物皮肤的荧光强度与温度的线性关系。