常江、吴成铁：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

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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。

实验设计示意图

　　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。

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。

　　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


       文章来源：上海硅酸盐所
      吴成铁，博士生导师、中科院百人计划、德国洪堡学者、上海市优秀学科带头人和上海市浦江人才计划获得者，科技部863重点项目负责人。澳大利亚生物材料与组织工程协会会员、中国医师协会骨科再生医学工作组副主席、中国生物医学工程学会组织工程与再生医学分会委员、中国生物医学工程协会青年工作委员会委员、中国生物材料协会会员、中国生物医学工程协会会员。学术期刊“Applied Materials Today” 与 “Biomedical Glasses”副主编，“Acta Biomaterialia” “Progress in Natural Science: Materials International”, “Bioactive Materials”等杂志编委；澳大利亚国立健康医学研究司（NHMRC）项目评审专家。2006年初博士毕业于中科院上海硅酸盐研究所后，先后在澳大利亚悉尼大学、昆士兰科技大学及德国德累斯顿工业大学从事研究工作6年。主要从事介孔生物活性材料与硅基生物活性陶瓷用于硬组织修复材料的研究。2011年底获得中国科学院上海硅酸盐研究所海外杰出人才（中科院百人计划）引进，应聘回国从事科研工作。在国外先后主持并完成了瑞士“International Team for Implantology (ITI) Foundation”、德国洪堡委员会、澳大利亚ARC、悉尼大学及昆士兰科技大学等资助的科研项目。并获得德国洪堡研究员、澳大利亚ARC研究员（APDI）、悉尼大学研究员及昆士兰科技大学研究员等四个荣誉研究员（Fellowship）。主编CRC英文专著《Advanced bioactive inorganic materials for bone regeneration and drug delivery》一部，并参与撰写6本英文专著的章节。在生物材料相关领域发表SCI 期刊论文150多篇（第一作者60多篇, 通讯作者70多篇），主要包括Mater Today, Adv Funct Mater （2篇）, Biomaterials（17篇），J Control Release, Nanoscale（3篇）J Mater Chem (共19篇)，Acta Biomater (共26篇), Adv Mater Interface, Small, ACS Appl Mater& Interface, Bone, Tissue Eng, J R Soc Interface, Chem Asian J, J Biomed Mater Res A，Biomater Sci等。论文共被SCI引用3800余次，h指数37。共申请专利16项，获5项中国专利及2项美国专利（PCT）授权，其中2项中国专利与1项美国专利已经转让公司。
       常江，研究员、博士生导师，中国科学院上海硅酸盐研究所生物材料与组织工程研究中心主任。国际生物材料学会联合会Fellow（FBSE），国际可注射骨与关节材料学会副主席，美国生物材料学会会员，国际组织工程学会会员，中国生物材料学会常务理事，中国生物医学工程学会生物材料专委会委员，全国外科植入物和矫形器械标准化技术委员会骨科植入物分技委委员，上海生物医学工程学会理事。国际学术期刊Ceramics International编委。