具有NIR-II光熱能力和增強(qiáng)成脂活性的3D打印CoSi/PCL復(fù)合支架用于乳房切除術(shù)后的乳...

乳房切除術(shù)后的乳房重建旨在恢復(fù)乳房的外觀和功能,。目前的支架往往無法滿足乳房切除術(shù)后乳房重建的復(fù)雜臨床需求，包括個(gè)性化塑形,、預(yù)防腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移以及促進(jìn)脂肪組織再生,。成都大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院董志宏教授團(tuán)隊(duì)和浙江省組織修復(fù)材料工程研究中心陳陽教授團(tuán)隊(duì)等，提出了一種在通過將易于加工的生物聚合物聚己內(nèi)酯(PCL)與多功能生物活性陶瓷正硅酸鈷(Co2SiO4,、CoSi)通過3D打印技術(shù)形成多功能CoSi/PCL復(fù)合支架,。支架呈現(xiàn)出可控的形狀，并設(shè)計(jì)了大孔結(jié)構(gòu),。其光熱性能在近紅外(NIR) I和NIR-II區(qū)域均得到充分體現(xiàn),，能夠以最小的副作用實(shí)現(xiàn)有效的腫瘤消融。此外,，生物活性硅酸鹽和鈷離子的釋放促進(jìn)脂肪生成和血管生成,，從而增強(qiáng)支架與周圍組織的整合。這種方法為將腫瘤治療與乳房重建相結(jié)合提供了一種有前途的策略,，為乳房切除術(shù)后患者提供了臨床相關(guān)的解決方案。

一,、背景介紹

乳腺癌是全球最常見的癌癥,，也是女性死亡的主要病因。手術(shù)是乳腺癌主要治療方式,，患者面臨部分或全部乳房切除風(fēng)險(xiǎn),，術(shù)后乳房缺陷嚴(yán)重影響身心健康。且手術(shù)若切除不完全,，易致腫瘤復(fù)發(fā)或轉(zhuǎn)移,，需輔助化療、放療,，顯著降低患者生活質(zhì)量,。實(shí)現(xiàn)腫瘤完全切除和術(shù)后有效乳房重建仍是重大挑戰(zhàn)。

具有抗腫瘤特性的植入式支架為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)提供了條途徑,�,；�本方法包括用具有抗腫瘤能力的生物材料填充術(shù)后缺損，從而根除殘留的癌細(xì)胞并防止復(fù)發(fā),，還可以替換和可能再生丟失的乳腺組織,。目前增強(qiáng)這類支架抗腫瘤功效的策略中，基于近紅外(NIR)光熱療法(PTT)的支架較常用,，其利用光熱劑(如金納米顆粒等)將NIR光轉(zhuǎn)化為熱量以消滅癌細(xì)胞,。但多數(shù)光熱轉(zhuǎn)化劑在第一NIR區(qū)域(NIR-I，<1000 nm)起作用,，而NIR-II光熱支架材料因能滲透更深組織,、有更高最大允許暴露量，為乳房切除術(shù)后乳房重建帶來巨大前景 。

最佳乳房重建支架,，除防腫瘤復(fù)發(fā)外,，還需具備合適形狀、機(jī)械強(qiáng)度及促進(jìn)脂肪組織再生的能力,。3D打印等個(gè)性化定制技術(shù),，在癌癥術(shù)后乳房重建中愈發(fā)重要。像由聚己內(nèi)酯(PCL)構(gòu)成的典型3D打印支架,，常用于脂肪組織工程和乳房重建,，其生物相容性佳、機(jī)械性能與降解速率可調(diào)節(jié),，能支持脂肪細(xì)胞等多種細(xì)胞粘附,、增殖，大型動物及臨床試驗(yàn)已證實(shí)其在這兩方面的潛力,。不過,，純PCL支架既無內(nèi)在抗腫瘤特性，也缺乏積極促進(jìn)脂肪組織再生所需的生物活性,。

先前研究顯示,，可生物降解的硅酸鹽生物陶瓷能持續(xù)釋放具多種生物學(xué)功能的硅酸鹽離子，可促進(jìn)脂肪生成分化,，是增強(qiáng)脂肪組織再生的優(yōu)質(zhì)候選材料,。含轉(zhuǎn)金屬元素的硅酸鹽生物陶瓷還具備NIR光熱轉(zhuǎn)換能力，適合用于抗腫瘤支架,。本研究合成并表征了具有NIR - II 光熱特性的新型可生物降解硅酸鈷(Co2SiO4,、CoSi)生物陶瓷(方案1)。將其與聚己內(nèi)酯(PCL)結(jié)合,，運(yùn)用3D打印技術(shù)制成CoSi/PCL復(fù)合多孔支架,。通過體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，評估該支架的光熱,、抗腫瘤功效,，以及對小鼠前脂肪細(xì)胞(3T3 - L1)、人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(HUVECs)的調(diào)節(jié)作用和體內(nèi)成脂活性,，為乳腺癌術(shù)后創(chuàng)新乳房重建支架的研發(fā)提供理論與實(shí)證依據(jù),。

方案. 設(shè)計(jì)的3D打印CoSi/PCL復(fù)合支架的示意圖，該支架具有NIR-II光熱能力和增強(qiáng)的成脂活性,，用于乳房切除術(shù)后的乳房重建,。

二、結(jié)果

2.1材料

除另有說明外,，所有化學(xué)試劑,，包括四乙氧基硅烷(TEOS),、硝酸鈷六水合物、乙醇,、油紅O均購自阿拉丁股份有限公司(中國上海),。PCL購自SUNP BIOTECH(中國北京)。細(xì)胞計(jì)數(shù)試劑盒-8 (CCK8)購自 Yeasen Biotechnology Co.,，Ltd(中國上海),。所有引物均購自Sangon Biotech(中國上海)。

2.2 CoSi/PCL 復(fù)合支架的3D打印

CoSi/PCL復(fù)合材料支架是使用基于擠壓的3D打印技術(shù)制造的,。將CoSi(重量比為0.1,、0.25和0.5 wt%)和PCL在氯仿中充分混合，澆鑄到燒杯的內(nèi)壁上以形成薄膜,。氯仿蒸發(fā)后,，將CoSi/PCL復(fù)合膜在80°C下熔化，并使用BioMakerV2(SUNP BIOTECH,，中國北京)轉(zhuǎn)移到注射器中進(jìn)行3D打印,。在90°C的溫度下，使壓力保持在600至700 kPa之間,。打印速度設(shè)置為6 mm/s,，擠出速度為0.6 mm³/s。支架打印尺寸為20 mm×20 mm×1 mm,，線距為1 mm，層高為0.15 mm,，線路布線設(shè)計(jì)為0°– 45°–90°交錯(cuò)直線,。然后將這些打印樣品切割成直徑為8 mm的圓柱體，以備后續(xù)使用,。出于控制目的,，純PCL支架也按照相同的方案進(jìn)行3D打印。獲得的重量比為0.1,、0.25和0.5 wt%的CoSi/PCL復(fù)合支架分別命名為0.1CoSi,、0.25CoSi、0.5CoSi,。

三,、結(jié)果

CoSi和CoSi/PCL復(fù)合支架的表征

通過溶膠-凝膠法合成的陶瓷呈黑色，掃描電子顯微鏡(SEM)圖像(圖1A)顯示其顆粒大小約5-20 μm,。能量色散X射線光譜(EDS)和X射線衍射(XRD)分析(圖1B)證實(shí)合成的顆粒為Co2SiO4(CoSi)陶瓷,。CoSi吸收光譜顯示其在NIR-I和NIR-II區(qū)域吸收廣泛且強(qiáng)，具備作為NIR PTT光熱劑的潛力,。然后,，采用3D打印技術(shù)制備了不同CoSi含量的CoSi/PCL復(fù)合支架，CoSi質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.1、0.25和0.5 wt%,，對應(yīng)0.1% CoSi,、0.25% CoSi和0.5% CoSi。圖1C展示了不同復(fù)合支架的整體形態(tài),，純PCL支架為半透明乳白色,，隨著CoSi加入及濃度增加，復(fù)合支架顏色從灰色變?yōu)楹谏�,。SEM圖像表征了支架大孔結(jié)構(gòu)和表面形態(tài)(圖1D),，表明添加CoSi不改變整體孔結(jié)構(gòu)，大孔尺寸約600 μm,，打印纖維直徑約400 μm,，孔隙率超60%。放大的SEM圖像顯示CoSi主要封裝在支架內(nèi),，對表面形態(tài)影響不大,。支架橫截面SEM圖像(圖1E和F)顯示CoSi顆粒被包埋，EDS映射證實(shí)其分布相對均勻,。

四,、結(jié)論

本研究設(shè)計(jì)了3D打印的CoSi/PCL復(fù)合支架，能夠同時(shí)對乳腺腫瘤進(jìn)行NIR-II PTT并促進(jìn)血管化脂肪組織再生,。CoSi組件在NIR-II區(qū)域表現(xiàn)出高光熱轉(zhuǎn)換效率,，使支架能夠?qū)ι畈咳橄倌[瘤細(xì)胞實(shí)現(xiàn)卓越的光熱治療效果，而不會產(chǎn)生明顯的不良反應(yīng),。此外,，釋放的生物活性Si和Co離子不僅在體外有效促進(jìn)脂肪細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的分化，而且在體內(nèi)增強(qiáng)血管化脂肪組織的再生,。本研究為PTT雙功能支架在腫瘤治療中的進(jìn)一步應(yīng)用提供了科學(xué)見解,。

五、參考文獻(xiàn)

Jupei Zhang, Hangbin Xia, Xuerui Zhou, Zhaoxu Meng, Qishu Jin, DongminChen, Xiaojuan Xia, Yiren Jiao, Jiang Chang, Zhihong Dong, Zhen Zeng, HongshiMa, Chen Yang,3D-printed CoSi/PCL composite scaffold with NIR-II photothermalability and enhanced adipogenic activity for breast reconstruction aftermastectomy,Materials Today Bio,Volume 31,2025,101577,ISSN 2590-0064, https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2025.101577.