本文属于类型a，是一篇关于静电纺丝纳米纤维支架用于抑制黑色素瘤生长与复发并促进术后伤口修复的原创研究论文。该研究由Nowsheen Goonoo、Fanny Gimié、Imade Ait-Arsa、Melanie Ziman、Samson A. Adeyemi、Philemon Ubanako、Lindokuhle M. Ngema、Yahya E. Choonara和Archana Bhaw-Luximon等人合作完成，主要通讯作者为Archana Bhaw-Luximon，来自毛里求斯大学生物材料、药物递送与纳米技术单元。其他作者分别来自法国留尼汪岛CYROI研究平台、澳大利亚伊迪斯科文大学医学与健康科学学院以及南非威特沃特斯兰德大学Wits先进药物递送平台。该研究发表于《Biomaterials Advances》期刊，文章在2024年4月28日在线发表，卷号为161，文献编号213870。
该研究所属的学术领域为生物材料与癌症再生医学，具体聚焦于黑色素瘤术后创面管理。黑色素瘤以其侵袭性、转移性和治疗抵抗性著称，手术切除虽为常用治疗手段，但术后残余癌细胞常导致局部肿瘤复发；同时，肿瘤微环境改变、慢性炎症、放疗后的皮肤损伤及细菌感染风险，均会严重影响手术创面的愈合。因此，开发一种既能清除残余癌细胞又能促进创面修复的双功能支架具有重要意义。硫酸化多糖如κ-卡拉胶（kappa-carrageenan，KCG）和褐藻糖胶（fucoidan，FUC）具有抗氧化、抗炎、免疫调节及抗癌特性。本研究旨在将KCG和FUC与聚二氧六环酮（polydioxanone，PDX）通过静电纺丝制成纳米纤维支架，从而同时实现抑制黑色素瘤复发和加速术后伤口愈合的目标。
研究的工作流程包含多个系统环节。首先，研究者通过体外细胞实验评估了纯KCG和FUC对黑色素瘤细胞MP 41、小鼠成纤维细胞L 929和小鼠巨噬细胞RAW 264.7的细胞毒性。KCG浓度范围为0至1 mg/ml，FUC浓度范围为0至100 μg/ml，使用MTT法在培养1天和3天后定量细胞存活率。结果显示，FUC在100 μg/ml浓度下对MP 41的细胞毒性高于1 mg/ml KCG；两种多糖对L 929的毒性明显较低，而对RAW 264.7表现出中等细胞毒性，细胞活力下降顺序为MP 41 < RAW 264.7 < L 929。其次，通过伤口划痕实验检测了两种多糖对MP 41和L 929细胞迁移的影响。1 mg/ml KCG将MP 41细胞迁移抑制了六倍，而100 μg/ml FUC使MP 41迁移几乎减半；FUC在24小时内未显著抑制成纤维细胞迁移，KCG则轻微降低了成纤维细胞迁移率。这一结果表明，FUC较KCG更有利于避免延迟创面愈合。第三，研究者通过细胞形态学分析和ELISA法检测了多糖对巨噬细胞极化的影响。FUC处理使RAW 264.7呈梭形并增大细胞面积及细胞骨架与核面积比，且IL-6分泌量在100 μg/ml时达到366 pg/ml，显示其促进巨噬细胞向M2型极化；KCG则未引起显著IL-6分泌和形态改变。此外，还通过过氧化氢自由基清除实验证明了KCG和FUC均具有约70%以上的自由基抑制率，FUC略优于KCG。
随后，研究者制备了不同质量比（100/0、90/10、80/20、70/30 w/w%）的PDX/KCG和PDX/FUC静电纺丝纳米纤维支架。纤维直径分别介于0.5至1.15 μm（PDX/KCG）和0.24至0.39 μm（PDX/FUC）。所有纤维膜均表现出超亲水性。力学性能测试表明，添加多糖后杨氏模量下降至35–75 MPa，与人体背部及前额皮肤模量范围相当，而最大载荷、最大应力和断裂应变均高于纯PDX，表明多糖对纤维基质具有增强作用。体外释放实验在PBS（pH 7.4）中开展4天，PDX/KCG 90/10释放了100%的KCG，而80/20和70/30仅释放约40%的多糖；PDX/FUC各配比几乎释放全部FUC。释放曲线通过零级、一级、Higuchi和Korsmeyer-Peppas模型拟合，多数纤维膜符合准Fick扩散机制，释放指数n值支持以扩散为主的药物释放。
在细胞-支架相互作用实验中，研究分为两种条件：一是将细胞直接接种于纤维膜上；二是将纤维膜悬浮于细胞单层上方以实现药物释放而不直接接触。活/死染色显示，所有PDX/KCG和PDX/FUC纤维膜在7天内将MP 41细胞存活率抑制至11%以下，而L 929成纤维细胞在PDX/KCG上存活率略高于纯PDX，在PDX/FUC上的存活率介于60%至100%。扫描电镜图像显示，MP 41细胞在含多糖的共混纤维膜上形成葡萄串状多细胞球体，细胞膜皱褶减少，表明其侵袭和转移潜能降低；L 929细胞仍保持铺展的细长形态。在悬浮释放实验中，PDX/FUC对MP 41的细胞毒性高于相同质量比的PDX/KCG，而对L 929无细胞毒性甚至促进增殖，说明PDX/FUC更适合作为兼具抗癌与创面修复功能的双效支架。
体内研究包括大鼠皮下植入生物相容性实验、伤口愈合实验和裸鼠肿瘤模型实验。在Wistar大鼠背部皮下植入2周后，所有支架均未引起明显炎症或行为异常。组织学显示所有支架周围均形成纤维囊，PDX/FUC的纤维囊最薄，表明其引起的异物反应最小。由于PDX和PDX/KCG纤维直径较大，其中层有较多细胞浸润且在体内降解更快，而PDX/FUC三层结构保持完整。在伤口愈合实验中，共设置8个组，包括阴性对照（纱布）、阳性对照（胶原膜）、纯PDX、PDX/KCG 70/30、PDX/FUC 50/50以及不同PDX/FUC负载姜黄素和/或麦卢卡蜂蜜的复合膜。6 mm直径的伤口被硅胶夹板固定以防止收缩。结果显示，所有含FUC的支架组均实现了无瘢痕愈合，其中PDX/FUC 50/50组具有最高的总体愈合指数（global healing index，GHI）和最小的肉芽组织面积。添加姜黄素和麦卢卡蜂蜜后，肉芽组织面积进一步减少，GHI提高。与KCG相比，FUC在促进创面愈合方面表现更优。
抗肿瘤体内实验中，使用雌性无胸腺裸鼠建立A549肺腺癌皮下肿瘤模型，肿瘤生长28天至约15 mm直径后，将PDX/FUC纳米纤维膜覆盖于肿瘤表面并固定4天。结果显示，PDX/FUC治疗组肿瘤体积在96小时内减少了7.14%，而未处理对照组肿瘤体积增加了11.31%；纯PDX组仅较对照组少增长约2%。组织病理分析显示，PDX/FUC治疗组肿瘤出现小的坏死钙化细胞团，且仅表现出轻度局灶性纤维增生，而对照组和纯PDX组出现较严重的坏死和炎症。此外，肝脏组织学表明PDX/FUC治疗小鼠肝细胞正常，而对照组出现轻度细胞质空泡化及血管内纤维蛋白样物质沉积，提示PDX/FUC无明显体内毒性。
该研究的结论指出，KCG和FUC负载的PDX纳米纤维支架通过准Fick扩散机制实现了多糖的持续释放，对黑色素瘤细胞具有显著毒性，并降低其迁移和侵袭能力，同时对健康成纤维细胞无显著毒性。在体内，PDX/FUC支架形成最薄的纤维囊并表现出优异的无瘢痕伤口愈合能力；初步肿瘤模型研究进一步证明了FUC负载纳米纤维膜具有抑制肿瘤生长的潜力。该研究的意义在于提供了一种创新的局部双功能平台，可同时清除术后残余黑色素瘤细胞并促进创面修复，为黑色素瘤术后综合管理提供了新的生物材料策略，避免了传统化疗对创面愈合的干扰，具有重要的临床应用前景。
本研究的亮点体现在以下几个方面：第一，首次系统比较了KCG和FUC对人葡萄膜黑色素瘤MP 41细胞的细胞毒性及抗转移作用；第二，将硫酸化多糖与PDX通过静电纺丝共混制备了兼具力学性能和超亲水性的纳米纤维支架；第三，在实验设计上区分了“直接接触细胞支持”和“悬浮药物释放”两种体外模式，更真实地模拟了体内残余癌细胞与支架不直接接触的复杂环境；第四，体内实验中不仅验证了生物相容性和创面愈合效果，还初步验证了FUC负载纳米纤维膜对实体瘤生长的抑制作用；第五，研究特别关注了巨噬细胞极化方向，并证明FUC可诱导M2型极化从而有利于抗炎与促修复过程。这些创新点使该研究在癌症再生医学领域中具备较高的新颖性和应用转化潜力。