2019-08-14 09:45:01
羟基磷灰石纳米粒n-HA在肿瘤相关骨节段性缺损中的应用

羟基磷灰石纳米粒n-HA在肿瘤相关骨节段性缺损中的应用.jpg

材料科学家广泛地将羟基磷灰石(HA)用于骨组织工程(BTE)中的骨修复,因为其作为人类骨骼和牙齿的天然成分具有优异的生物相容性。在最近的一篇关于科学进展的报告中,一个研究小组强调了HA纳米粒子(n-HA)对多种癌细胞的增殖抑制作用,结合了n-HA作为骨再生材料的转化价值和抗肿瘤剂。在这项研究中,张坤和骨科手术,皮肤病学,生物医学金属材料和国家生物材料工程研究中心的跨学科研究团队展示了抑制肿瘤生长,预防转移和提高生存率。在用n-HA处理的荷瘤兔中。

他们证实了体内线粒体依赖性凋亡途径的激活,并观察到对n-HA诱导的抗肿瘤作用的刺激免疫应答。研究小组然后加载了一个带有n-HA的多孔钛支架,并将其植入兔肿瘤模型中的临界尺寸节段性骨缺损中进行转化研究。基于该结果,他们验证了n-HA释放支架在促进骨再生的同时抑制肿瘤生长和溶骨性病变的能力。该研究结果为使用n-HA在体内再生肿瘤相关骨节段缺陷提供了强有力的理论依据。

在美国,每年诊断出约2,500例新发原发性骨癌病例,其中约一半患者表现出骨转移。在骨癌的标准临床治疗期间,手术方法包括切除和重建受影响的骨,然后进行辅助放射或化学疗法。尽管临床实践中目前采用承重人工植入物,但是在整形外科医生中,植入骨 - 骨整合不良以及肿瘤环境中新骨形成的困难仍然是主要挑战。受影响组织的不完全手术切除也可能使肿瘤细胞扩散的风险导致8%的复发或转移。因此,研究人员迫切希望开发一种结合抗肿瘤活性和骨再生功能的植入物。

自20世纪70年代以来,临床医生在整形外科和牙科修复期间临床应用了基于HA的生物材料。材料科学家还开发了用HA修饰的表面作为假体金属植入物,用于增强骨整合。值得注意的研究表明,n-HA能够抑制癌细胞增殖并诱导细胞凋亡,包括骨肉瘤细胞,乳腺癌细胞,结肠癌细胞和肝癌细胞,同时保留正常细胞。先前的研究提供了基于体外实验的n-HA抗肿瘤活性机制的见解,尽管仍有许多关于体内潜在机制的知识。

在实验室中测试新的实验策略

在目前的工作中,张等人。提出了一种前所未有的策略,结合骨肿瘤治疗使用3-D印刷钛支架改良与n-HA抗肿瘤功能。他们首先进行了体外共培养实验,以证明合成的杆状n-HA在恶性VX2肿瘤细胞中诱导细胞凋亡的能力。此后,研究小组在免疫活性家兔中实施了肌内肿瘤模型,以显示抑制肿瘤发展和减少转移。

研究人员最初观察并报道了1993年n-HA的抗肿瘤作用,当时他们偶然发现了一种纯n-HA对照组,用于在体外进行功能研究,进一步验证了Ca-9癌细胞系。在目前的工作中,张等人。使用μ-HA和n-TiO2颗粒作为对照组以及n-HA来确定抗肿瘤作用是否源自材料组成或粒径。为此,他们使用X射线衍射分析(XRD)并证实了n-HA和μ-HA之间HA相组成的相似性。然后使用透射电子显微镜(TEM)图像显示n-HA的棒形状并使用扫描电子显微镜(SEM)显微照片观察μ-HA。

然后,他们使用选择性激光烧结设计多孔钛支架,以满足兔皮质骨替换的承重要求。张等人。使用酸碱处理增强印刷支架的生物活性,并使用浆料发泡和浸渍的组合方法实现n-HA涂覆。科学家对支架进行了表征(测试),以确定在酸性环境中释放n-HA的表面化学和动力学。

用不同的颗粒测试生物相容性和癌细胞凋亡。

为了测试体外抗肿瘤活性和颗粒毒性,研究人员选择了广泛的n-HA浓度与VX2肿瘤细胞或正常L929成纤维细胞共培养。在延长的实验期间,n-HA降低了肿瘤细胞的活力,尽管相比之下,μ-HA没有降低任一细胞类型的生存力,而n-TiO2降低了VX2的活力并且在延长的时间内抑制了L929细胞的生长。

当张等人。测试了n-HA的体内抗肿瘤能力,他们在兔的两侧(右侧和左侧)使用肌内VX2肿瘤模型,并在任一侧施用n-HA,μ-HA和n-TiO2。到第三周,他们使用个体动物的磁共振成像(MRI)显示右侧的HA治疗肿瘤大小减少,与左侧对照组相比。相比之下,μ-HA和n-TiO2均未在同一时期内体内抑制肿瘤生长。

科学家们在第4周收集肿瘤样本,通过肿瘤和肌肉组织界面的组织学染色证实了n-HA的抗肿瘤能力。他们注意到n-HA颗粒周围的多种免疫细胞,在μ-HA和n-TiO2包被的支架周围未观察到这种免疫多样性。使用TEM观察,Zhang等。表明在肿瘤细胞内内化的n-HA和n-TiO2。第4周的组织学发现表明用n-HA动物组预防肺转移,尽管用μ-HA或n-TiO2没有记录类似的观察结果。与用其他材料处理的那些相比,用n-HA处理的兔子中的转移消除导致更长的存活率和更低的肿瘤阳性细胞率。

研究n-HA的抗肿瘤机制

几周后,科学家使用免疫组织化学(IHC),一氧化氮合酶实验和蛋白质表达研究,使用Western印迹分析了n-HA对肿瘤组织的线粒体凋亡途径激活。他们观察到Ki-67的蛋白质表达降低,并且TUNEL(末端脱氧核苷酸转移酶)的表达增加,从而减少细胞增殖并诱导细胞凋亡。他们还注意到n-HA组中p53蛋白的高表达响应细胞应激以抑制肿瘤发生。并观察到n-HA诱导的Bcl-2相关X蛋白(BAX)的显着增加 - 一种促凋亡蛋白,同时降低Bcl-2在线粒体凋亡途径中的抗凋亡蛋白。蛋白质一起调节促凋亡因子细胞色素C(cyt C)从线粒体释放到细胞质中以进行细胞凋亡。

张等人。通过进行mRNA表达谱微阵列进一步研究了n-HA的潜在抗肿瘤机制,并使用qRTPCR(定量逆转录聚合酶链反应)证实了几种基因的表达。他们发现n-HA显着上调肿瘤细胞凋亡相关基因的表达;表明通过n-HA激活外在死亡受体凋亡途径。科学家使用京都基因和基因组百科全书(KEGG)和基因本体论(GO)等数据库确定了多种机制途径。结果显示n-HA干扰对肿瘤微环境的多个方面抑制肿瘤促进功能的影响。

在肿瘤环境中用n-HA /支架进行节段性骨缺损修复

然后,科学家们完成了伤口愈合试验,以确定分泌性炎性细胞因子如TNFα(肿瘤坏死因子α)是否是由于n-HA刺激抑制肿瘤细胞迁移而从巨噬细胞中释放出来的。他们证实,用n-HA刺激后巨噬细胞分泌的细胞因子可以减少肿瘤细胞的迁移。当研究小组随后在兔模型的肿瘤微环境中用n-HA /支架完成节段性骨缺损修复时,他们观察到用n-HA负载的支架植入物使兔子的肿瘤体积减少73.8%。组织学研究显示空支架的孔完全充满肿瘤细胞,而在n-HA /支架中聚集的肿瘤细胞较少。 n-HA涂覆的植入物抑制肿瘤生长并促进骨再生,最终能够溶解成钙和磷离子,以通过体内新骨逐渐替代。

通过这种方式,Kun Zhang及其同事用VX2建立了兔股骨骨肿瘤模型,并证明了肿瘤生长抑制中的n-HA涂层效应,以及相对于正常细胞和组织的骨再生安全性。虽然结果在翻译动物模型中是有希望的,但是n-HA在临床环境中的作用仍有待确定。该研究小组将开展用n-HA涂层水凝胶进行临床试验,用于手术后癌症治疗,以获得有希望的生物安全和抗肿瘤能力的临床结果。然后,他们的目标是基于n-HA变体的多种物理和化学特性,实施一系列n-HA形状/结晶依赖性实验,以理解化合物的作用机理。

课件视频MP3下载
2018-01-31 01:21:27
课件视频MP3下载
2017-12-18 15:57:00
人类科学
2019-05-23 22:22:02
课件视频MP3下载
2018-09-06 22:00:03
教案下载
2018-09-09 13:06:02
课件视频MP3下载
2017-08-26 04:10:41