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为解决骨肿瘤术中肿瘤灭活及不规则骨缺损填充难题，吉林大学等研究人员开展了 “NIR-programmable 3D-printed shapememory scaffold with dual-thermal responsiveness for precision bone regeneration and bone tumor management” 研究。结果显示该支架可在 48℃精准填充、消灭肿瘤，42℃促进骨再生，有望用于骨肿瘤术后治疗。
骨肿瘤是青少年常见的恶性肿瘤，像骨肉瘤、纤维肉瘤和软骨肉瘤等，不仅让患者长期承受痛苦，还给家庭带来沉重的经济负担。目前，常见的治疗方式是手术切除局部骨肿瘤，再用骨移植物或骨缺损填充材料填充，随后进行化疗。然而，这种治疗方式存在诸多问题，比如对于大且不规则的骨缺损，很难用选定的骨植入物完全填充；手术中肿瘤切除不彻底，会导致残留肿瘤细胞增殖，引发肿瘤复发和转移；此外，骨植入物的骨整合性能不佳，骨再生也面临挑战。为了解决这些问题，吉林大学等研究机构的研究人员开展了一项创新研究，相关成果发表在《Journal of Nanobiotechnology》上。
研究人员构建了具有形状记忆特性的智能热敏复合材料，该材料由具有良好生物相容性和可降解性的聚乳酸 (PLA) 和聚己内酯 (PCL) 组成，并加入了具有成骨特性的 β- 磷酸三钙 (β-TCP) 以及具有光热和促骨能力的镁 (Mg) 粉，利用 3D 打印技术制备出近红外 (NIR) 响应的形状记忆骨填充植入物。
研究中用到的主要关键技术方法包括：首先是材料制备技术，将 PLA、PCL、β-TCP 和 Mg 按不同比例混合，制备出复合支架材料；其次是 3D 打印技术，精确控制支架的形状和结构；然后是多种性能测试技术，如利用差示扫描量热法 (DSC) 测试材料的玻璃化转变温度，通过扫描电子显微镜 (SEM) 观察支架表面形态，使用万能试验机测试支架的机械性能等；此外，还有细胞和动物实验技术，通过细胞实验评估支架的生物相容性、细胞增殖和分化能力，在动物实验中验证支架对肿瘤治疗和骨再生的效果。
研究结果如下：
- PLA/PCL/TCP/Mg 复合材料及双功能支架的制备与功能验证：通过调整 PLA 和 PCL 的比例，确定了含 20% PCL 的复合材料玻璃化转变温度约为 45℃，满足材料要求。随着 Mg 含量增加，支架颜色变深、表面粗糙度增加、疏水性增强、压缩模量提高，但 Mg 对支架形状记忆性能影响不明显。在近红外激光 (1064nm) 照射下，支架温度迅速上升，ACP/7.5Mg 支架在 1.0W/cm2 功率下可达 48℃，适合肿瘤消融，且具有良好的光热循环稳定性。
- 生物相容性验证：通过活 / 死染色、CCK-8 检测和 FITC 鬼笔环肽染色发现，各支架组的细胞存活率相近，增加支架中 Mg 含量可促进骨髓间充质干细胞 (BMSCs) 在表面的铺展，但不影响其增殖。
- BMSCs 成骨分化验证：ALP 和茜素红染色结果表明，随着支架中 Mg 含量增加，促进成骨的能力逐渐增强，但 ACP/7.5Mg 组的成骨效果优于 ACP/10Mg 组。RT-qPCR 分析进一步验证了适度的 Mg 促进骨再生，高浓度则抑制成骨。
- 支架结构设计与选择：设计的弯曲交叉格子结构支架，随着填充率增加，孔径减小、变形减少，50% 填充率的支架具有良好的形状记忆性能和细胞粘附生长能力。
- 近红外激光照射对肿瘤细胞根除的影响：体外和体内实验表明，在近红外激光 (1064nm，1.0W/cm2) 照射下，含 Mg 支架的肿瘤细胞死亡率明显提高，肿瘤体积显著减小，且对内脏器官无明显影响。
- 近红外激光照射对巨噬细胞的影响：近红外激光 (1064nm，0.5W/cm2) 照射促进巨噬细胞向 M2 表型极化，抑制 M1 表型分化，调节免疫反应，促进成骨因子释放。
- 近红外激光照射对体外 BMSCs 成骨活性的影响：在近红外激光 (1064nm，0.5W/cm2) 照射下，ACP/Mg 支架通过调节免疫微环境，增强 BMSCs 的成骨活性，促进骨矿化结节形成。
- 近红外激光照射下体内组织再生：在兔颅骨缺损模型中，植入支架并进行近红外激光照射 12 周后，微 CT 分析、组织学和免疫组化染色结果显示，ACP/Mg NIR + 组新骨形成量最多，骨密度良好，骨结构保存完整，证明该支架在体内能有效促进骨再生。
研究结论和讨论部分指出，该研究开发的 β-TCP/Mg 掺杂的 PLA/PCL 复合支架具有多项创新优势。通过近红外介导的双温度调节 (48℃用于形状恢复，42℃用于免疫调节) 实现了精准的功能转换；在肿瘤消融方面效果显著；还能通过巨噬细胞极化进行时空免疫调节，这是现有骨支架很少具备的功能。该支架能同时解决骨肿瘤术后的不规则缺损、残留肿瘤细胞和炎症微环境等问题，为肿瘤性骨重建的再生医学建立了新的范例，为骨肿瘤的治疗和骨再生提供了更有效的策略，具有重要的临床应用前景。
