研究背景与目的

颌面部恶性黑色素瘤是皮肤恶性肿瘤中最具侵袭性和致死性的类型之一，常累及面颊及枕部头皮，不仅造成严重的功能障碍，还带来显著的心理社会及美学问题。传统手术扩大切除虽能在非转移性原发阶段延长患者生存率，但术后复发和转移率高，且颌面部解剖结构复杂，完整切除难度大。此外，化疗、放疗、免疫治疗等常规辅助治疗受多药耐药、免疫检查点抑制剂应答率低、适应证严格及副作用等多种因素限制，患者生存率仍不理想。术后大面积皮肤缺损难以自愈，进一步加剧了功能障碍和美学问题。因此，亟需一种既能有效清除残余浸润肿瘤细胞，又能促进创面愈合的综合治疗策略。

光热治疗（photothermal therapy, PTT）作为一种基于光敏剂和光激活的治疗手段，利用肿瘤细胞对热敏感性高于正常体细胞的特点，可在术后清除残余肿瘤细胞。然而，PTT存在热分布不均、皮肤屏障、肿瘤位置深、体积过大等限制，导致远离激光照射点的温度不足以诱导肿瘤细胞凋亡；过度加热还可能造成周围正常组织的不可逆热损伤。一氧化氮（nitric oxide, NO）作为一种短寿命内源性气体信号分子，在不同浓度下呈现双重作用：低浓度时促进肿瘤血管生成、侵袭和转移，抑制凋亡；高浓度时可通过caspase-3通路诱导B16鼠恶性黑色素瘤细胞凋亡。同时，适宜浓度的NO可通过促进血管生成加速创面愈合和组织再生。因此，设计一种可控释放NO的平台，在治疗早期实现高浓度NO爆发释放以协同PTT消融肿瘤，并在后续阶段实现低浓度NO持续释放以促进组织再生，具有重要的临床转化价值。

基于此，本研究构建了一种新型多功能载硝普钠（sodium nitroprusside, SNP）和Fe²⁺离子的微针（microneedle, MN）平台——SNP-Fe@MNs，旨在通过协同光热-气体疗法消融颌面部恶性黑色素瘤，并促进相关皮肤缺损的再生修复。

研究方法与工作流程

研究团队首先通过一步负压离心浇铸法，以聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane, PDMS）模具为模板，以羧甲基纤维素钠（sodium carboxymethylcellulose, SCMC）为基底材料，成功制备了载药微针和空白微针。微针贴片呈圆形基底连接圆锥形针尖的阵列结构，基底直径17.5 mm，单个针尖底部约270 μm，高度约500 μm，以确保穿透真皮层。SNP经紫外光（ultraviolet, UV）照射后可释放NO并与Fe²⁺反应生成普鲁士蓝类似物（Prussian blue analogue），该产物在近红外（near infrared, NIR）区域具有光热转换能力，从而实现PTT效应。

为评价微针的穿刺能力和组织相互作用，研究团队将微针按压于离体小鼠皮肤不同时间后进行扫描电子显微镜（scanning electron microscopy, SEM）观察，发现针尖约30 min内可被完全吸收。利用与SNP分子量相近的罗丹明B（rhodamine B）模拟药物经皮释放过程，证实载药针尖在1 min内即可有效穿透皮肤。

为筛选最佳药物浓度，研究者基于大鼠半数致死量（median lethal dose, LD₅₀）设计了0.01、0.03、0.05、0.10和0.15 g mL⁻¹的SNP梯度浓度，并与等摩尔比Fe²⁺共同载入微针。光热性能测试显示，在1.5 W cm⁻²的808 nm NIR激光照射下，0.03 g mL⁻¹组在10 min内温度可达约54.2 °C，超过体内彻底消融所需的52 °C阈值，且该组在循环加热-冷却过程中表现出良好的热稳定性。NO释放检测表明，UV照射后NO浓度在60 min时达到平台，随后在不持续光照条件下仍可缓慢持续释放。细胞实验证实NIR照射不触发NO释放，而UV照射后NO可在15至60 min内逐渐在B16细胞和人脐静脉内皮细胞（human umbilical vein endothelial cells, HUVECs）内累积。综合疗效与生物安全性，0.03 g mL⁻¹被确定用于后续实验。

生物安全性评价方面，L929成纤维细胞与不同浓度微针共培养24和48 h后，0.03 g mL⁻¹组细胞活力与对照组无统计学差异，而浓度≥0.05 g mL⁻¹时细胞毒性逐渐增加。HUVECs的钙黄绿素AM/PI染色进一步证实了该浓度下微针的良好生物相容性。

体外抗肿瘤实验中，研究团队首先排除了Fe²⁺诱导的铁死亡（ferroptosis）参与肿瘤消融的可能性——Fe@MNs组细胞活力无显著变化，而SNP@MNs组细胞活力显著下降，提示Fe²⁺的存在可挽救SNP分解产物的毒性。CCK-8实验显示，UV-SNP-Fe@MNs-NIR(+)-NO(+)组的细胞活力被分级抑制，表明PTT与气体疗法联合可获得彻底的肿瘤细胞消融。钙黄绿素AM/PI染色和划痕实验进一步证实了该协同治疗策略的抗肿瘤效果及抑制肿瘤侵袭迁移的能力。

机制研究方面，Western blot分析显示，协同治疗组caspase-3表达最高，表明细胞凋亡由NO爆发释放和高热协同诱导。同时，HSP-70在NIR(+)-NO(+)组显著下降，HSP-90在治疗早期先升高后随时间下降，AKT在NO气体组和协同治疗组早期即显著降低，提示凋亡通过HSP-70/HSP-90/AKT信号通路介导。

体内抗肿瘤实验采用B16荷瘤裸鼠模型，在肿瘤体积约100 mm³时于肿瘤表面建立略大于肿瘤的全层皮肤创面以模拟术后肿瘤残留。不同微针贴片覆盖创面，NIR(+)组在治疗期间接受808 nm激光（1.50 W cm⁻²，15 min）照射。红外热像显示治疗区域温度稳定在52 °C的平台期。至第20天，NIR(+)-NO(+)组创面完全闭合，无直观肿瘤残留。免疫组化结果显示该组Ki67表达最低，TUNEL阳性细胞比例最高，H&E染色显示肿瘤细胞大量空泡化和核缺失，证实协同治疗在体内具有最佳的抗肿瘤效果。

组织再生方面，体外管形成实验显示，SNP-Fe@MNs-NO(+)组HUVECs的成管数量显著高于其他各组。划痕实验表明该组细胞迁移率在24 h达83.34%±2.961%，远高于其余组。CCK-8实验证实NO持续释放可显著促进HUVECs增殖。RT-PCR和Western blot分析显示，NO可上调血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor, VEGF）、缺氧诱导因子-1α（hypoxia inducible factor-1α, HIF-1α）和内皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase, eNOS）的表达，并激活AKT磷酸化，提示NO通过磷脂酰肌醇3-激酶（phosphoinositide 3-kinase, PI3K）/AKT信号通路发挥促血管生成作用。

体内皮肤全层缺损修复实验中，SD大鼠背部建立直径17 mm的圆形全层皮肤缺损，硅胶环固定防收缩，微针贴片覆盖创面，每4天更换一次。至第16天，SNP-Fe@MNs-NO(+)组创面闭合率接近100%。H&E染色显示该组新生表皮和真皮组织功能完整，可见毛囊、腺体和毛细血管等皮肤附属器，而非瘢痕组织愈合。Masson染色显示该组胶原纤维层呈蓝色且致密有序。CD31免疫组化显示该组血管数量显著多于其他组，证实NO在体内新血管形成中发挥关键作用。

研究结论与价值

本研究成功构建了一种新型多功能SNP-Fe@MNs平台，通过可控的高热效应和气体治疗实现颌面部恶性皮肤肿瘤的消融及组织再生修复。该平台在治疗早期通过UV触发的NO爆发释放与NIR介导的PTT协同作用，经caspase-3相关的HSP-70/HSP-90/AKT信号通路诱导肿瘤细胞凋亡；在后续修复阶段，通过低浓度NO的持续释放，经PI3K/AKT信号通路上调HIF-1α/VEGF表达，发挥促血管生成作用，加速创面愈合。该策略为颌面部恶性黑色素瘤术后残余及复发肿瘤细胞的清除和周围皮肤组织的再生提供了一体化解决方案，具有良好的临床应用前景。

研究亮点

本研究的创新性主要体现在：其一，利用SNP与Fe²⁺的独特化学特性，实现了同一平台内PTT与NO气体疗法的时序性协同——NO爆发释放用于肿瘤消融，持续低浓度释放用于促组织再生；其二，采用微针作为递送载体，克服了皮肤屏障，实现药物的精准定位递送和可控释放；其三，阐明了NO双向功能转换的机制基础，即通过浓度梯度调控实现治疗策略的时空转换；其四，在体内模型中同时验证了抗肿瘤和促再生双重疗效，为颌面部及其他皮肤肿瘤的多模式协同治疗提供了新思路。

作者与发表信息

该研究由西安交通大学口腔医学院董少杰（Shaojie Dong）和张雨薇（Yuwei Zhang）等共同完成，通讯作者为邹蕊（Rui Zou）和林琳（Lin Niu）。论文于2024年发表于 Journal of Nanobiotechnology 第22卷，文章编号199。