双功能Janus水凝胶NaGdF4@NaYF4:Nd3+-PVA/壳聚糖通过锶-双膦酸盐复合物实现骨肉瘤治疗与骨整合的界面工程

为解决骨肉瘤术后肿瘤复发和骨缺损难题，研究人员开发了集诊疗于一体的Janus水凝胶。该研究将阿仑膦酸锶复合物与NaGdF4@NaYF4:Nd3+纳米荧光体嵌入PVA/壳聚糖基质，兼具MRI/CT/NIR多模态成像、光热治疗（56.1°C）及促骨再生功能，显著提升MG63细胞凋亡率和RUNX2/COL1表达水平，为骨肿瘤综合治疗提供新策略。

　　

骨肉瘤切除术后的两大难题长期困扰临床：残余肿瘤细胞清除不彻底导致的复发，以及临界尺寸骨缺损难以修复。传统植入材料往往顾此失彼，无法同时满足双重需求。这一困境激发了纳米生物材料领域的创新探索——能否开发一种既能精准杀灭肿瘤细胞，又能促进骨组织再生的智能材料？位于印度本地治里的邦迪切里大学纳米科学与技术中心（Centre for Nanoscience and Technology, Pondicherry University）的Deepa Murugan团队在《Bioconjugate Chemistry》发表的研究给出了肯定答案。

研究人员采用界面工程技术，构建了具有不对称结构的Janus水凝胶（指具有双重功能的非对称材料）。其创新性体现在三方面：首先将阿仑膦酸锶（一种含锶的双膦酸盐类药物）与NaGdF₄@NaYF₄:Nd³⁺纳米荧光体（具有近红外发光特性的稀土纳米颗粒）共同嵌入聚乙烯醇（PVA）/壳聚糖（天然多糖）基质；其次通过模拟体液浸泡实验证实其类骨磷灰石形成能力；最后利用808 nm近红外光激发实现56.1°C的局部高温，协同双膦酸盐的固有细胞毒性，完成对MG63骨肉瘤细胞的"双杀"机制。

关键技术包括：Janus水凝胶的梯度制备工艺、纳米荧光体的808 nm近红外光热转换测试、通过微型CT和3T MRI扫描验证成像性能、以及采用ALP活性检测和茜素红染色量化成骨分化效果。

多模态成像性能

NaGdF₄@NaYF₄:Nd³⁺的钆元素赋予水凝胶T₁加权MRI信号增强特性，而锶元素的高X射线衰减系数使其具备CT造影功能。配合Nd³⁺在1064 nm的近红外二区荧光发射，实现了"三位一体"的病灶定位能力。

协同抗肿瘤机制

808 nm照射10分钟后，纳米荧光体将光能转化为热能，使局部温度达到56.1°C，导致MG63细胞膜破裂。未照射组中，阿仑膦酸锶仍通过抑制甲羟戊酸通路（双膦酸盐类药物的经典作用机制）诱导肿瘤细胞凋亡，两者协同使细胞存活率下降至对照组的23%。

骨再生效能

在成骨培养基中，水凝胶组HEK293和MG63细胞的RUNX2（成骨关键转录因子）表达量提升4.8倍，I型胶原（COL1）分泌量增加300%，钙结节形成密度较对照组提高7.2倍。微血管形成实验显示其促血管生成活性，为后续骨整合奠定基础。

该研究突破传统植入材料单一功能的局限，通过巧妙的材料设计实现三大转化医学价值：① 双膦酸盐-锶复合物同时发挥药物递送和促成骨作用；② 稀土纳米颗粒整合诊断与治疗功能；③ Janus结构实现时空可控的梯度功能释放。这种"诊疗一体化"策略为骨肿瘤术后修复提供了新的技术范式，其模块化设计思路可拓展至其他肿瘤-组织修复联合治疗领域。