本研究由Yaru Fan、Fengji Li、Huiru Zou、Zhaoyuan Xu、Han Liu、Rui Luo、Guanmeng Zhang、Ruixin Li、Yingbin Yan和Hao Liu等人完成，主要作者来自天津市口腔医院（南开大学附属口腔医院）及天津医科大学口腔医学院。该研究于2022年4月21日在线发表于期刊《Biomaterials Advances》第137卷，文章编号212811。
口腔鳞状细胞癌（oral squamous cell carcinoma，OSCC）是口腔颌面部最常见的恶性肿瘤，其复发率较高且五年生存率仅约30%。目前临床主要采用手术切除联合术后放化疗的治疗策略，但手术难以完全清除残留肿瘤细胞，而辅助放化疗又会引起口腔黏膜炎、胃肠道反应及血液学不良事件等严重副作用，显著降低患者生活质量。此外，术后大面积软组织缺损的修复也是临床面临的难题，自体移植存在颜色差异、供区并发症等局限。光热疗法（photothermal therapy，PTT）作为一种微创且高选择性的治疗手段，通过近红外光照射光热剂产生热效应以消融肿瘤细胞，尤其适用于口腔等浅表部位。吲哚菁绿（indocyanine green，ICG）是经美国FDA批准的近红外成像剂，具有良好的光热转换效率，但其水稳定性差、易光降解且血浆蛋白结合率高，限制了实际应用。为克服传统ICG递送载体载药率低、需重复给药等缺点，并同时解决肿瘤术后组织再生问题，研究者提出将三维打印支架与ICG相结合，构建兼具光热治疗和促进创面愈合双重功能的生物支架。
该研究的核心工作流程包括支架制备、材料表征、体外光热性能与细胞实验、体内抗肿瘤实验及体内创面愈合实验五个主要环节。在支架制备阶段，研究者首先从天然蚕丝中提取丝素蛋白（silk fibroin，SF）溶液，经脱胶、溶解、透析和浓缩后得到浓度约14.5 wt%的SF溶液；同时从新鲜牛肌腱中提取胶原蛋白（collagen，Col），获得浓度约3.3 wt%的Col溶液。将Col与SF按1:2的质量比混合制成打印墨水，利用三维打印技术按计算机辅助设计模型成型，再经冷冻干燥、乙醇/氢氧化钠溶液处理、钴-60辐照灭菌等步骤制得CS支架。为制备载ICG支架，将不同质量（6、8、10、12 mg）的ICG粉末分散于去离子水中超声溶解，与10 g Col-SF混合物均匀混合，最终获得ICG浓度分别为0.6、0.8、1.0和1.2 mg/g的打印混合物，按相同工艺制备得到相应i-CS支架。
在材料表征环节，研究者利用扫描电子显微镜（scanning electron microscopy，SEM）观察支架表面微观结构，发现CS支架具有光滑微孔的海绵状结构，ICG颗粒均匀嵌入孔隙中且未破坏连通多孔网络。傅里叶变换红外光谱（Fourier transform infrared spectroscopy，FTIR）显示SF在1651 cm⁻¹、1535 cm⁻¹和1239 cm⁻¹处呈现特征峰，Col与SF的吸收峰相似，而i-CS支架在1089 cm⁻¹处出现新的振动峰，证实ICG成功负载。紫外吸收光谱测定ICG在780 nm处有特征吸收，通过标准曲线计算得到1.0 i-CS支架的载药效率为97.81%，对应载药量为（0.97±0.023）mg/g。体外释放实验显示，1.0 i-CS支架在PBS中释放极为缓慢稳定，14天总释放量仅为4.33%，无突释现象。力学测试表明，CS和1.0 i-CS支架的压缩弹性模量分别为19.14±0.61 kPa和18.98±1.03 kPa，无显著差异；拉伸弹性模量分别为99.04±9.62 kPa和72.30±6.95 kPa，存在统计学差异。支架经反复折叠和扭曲后仍能保持完整并在浸水后迅速恢复原状，表现出良好的柔韧性和回弹性。
体外光热性能测试中，随着ICG含量从0.6 mg/g增加到1.2 mg/g，i-CS支架的最终平衡温度从47.4℃升高至55.8℃；提高激光功率密度从0.5 W/cm²到2.0 W/cm²，1.0 i-CS支架的最终温度由42.3℃升至72.3℃；改变激光头与支架的距离从6 cm到3 cm，最终温度可在39.8℃到57.3℃之间调节。四次开关循环照射后温度无明显衰减，表明支架具有可重复使用的光热稳定性。体外细胞实验中，将SCC-25细胞（人口腔鳞状细胞癌细胞系）接种于48孔板，加入CS或1.0 i-CS支架后以808 nm激光（1.0 W/cm²，距离4 cm，10 min）照射。CCK-8检测显示，单纯激光、CS、CS+NIR和1.0 i-CS组细胞存活率接近100%，而1.0 i-CS+NIR组细胞存活率低于25%。温度梯度实验表明，光热温度从37℃升至55℃时，SCC-25细胞存活率从97.6%降至19.5%；照射时间延长至20 min时存活率降至13.0%；增加照射次数也使存活率进一步下降。活/死细胞染色和细胞骨架染色分别显示1.0 i-CS+NIR组细胞大量死亡、存活细胞呈圆形凋亡形态，与定量结果一致。
体内抗肿瘤实验采用BALB/c裸鼠皮下接种SCC-25细胞建立肿瘤模型，待肿瘤体积达130 mm³后随机分为CS组、CS+NIR组、1.0 i-CS组和1.0 i-CS+NIR组（每组5只）。手术切除约30%肿瘤组织后在切除部位植入相应支架，术后第二天开始每日以808 nm激光（1.0 W/cm²，4 cm，10 min）照射NIR组，持续一周。1.0 i-CS+NIR组肿瘤表面温度迅速升至52.5℃，而CS+NIR组仅升至约39.7℃。14天观察期内，1.0 i-CS+NIR组肿瘤再生长被显著抑制，肿瘤重量和体积均明显小于其他三组；各组小鼠体重保持稳定，未出现明显毒性反应。H&E染色显示1.0 i-CS+NIR组大量肿瘤细胞死亡并出现形态改变；TUNEL染色检测到该组凋亡细胞显著增多；Ki67免疫组化染色显示该组细胞增殖标志物表达降低。主要脏器H&E染色未见明显病理改变，表明支架具有良好的生物安全性。
体外生物相容性评价中，溶血实验显示所有支架组的溶血率均低于1%，远低于“高血液相容性”标准（%）。将大鼠颊黏膜成纤维细胞（rat buccal mucosa fibroblasts，RBMFs）与各浓度i-CS支架共培养，CCK-8检测表明所有支架均能支持细胞生长，SEM观察发现RBMFs在支架孔壁上良好贴附并形成梭形结构，呈现多向迁移。体内创面愈合实验采用SD大鼠单侧颊黏膜全层圆形缺损模型（直径7 mm），分为凡士林纱布对照组、CS组和1.0 i-CS组（每组10只）。术后7天，对照组、CS组和1.0 i-CS组的残余创面面积比分别为39.5%、19.6%和15.4%，两种支架组均显著低于对照组；术后14天支架组创面已基本愈合，而对照组仍有可见创面；术后21天所有创面完全闭合。H&E和Masson染色显示，支架组术后7天即出现薄层上皮，14天时中央上皮几乎完全闭合且支架明显降解，21天时支架完全降解、上皮钉突增多且胶原纤维排列致密有序，再生黏膜与正常颊黏膜结构相似。
该研究的结论表明，通过三维打印与冷冻干燥相结合的方法成功制备了负载不同浓度ICG的Col/SF复合支架。其中1.0 i-CS支架在1.0 W/cm²功率密度下可快速升温至50℃以上，体外能有效杀伤SCC-25细胞，体内能显著抑制肿瘤生长；同时该支架能支持RBMFs贴附与增殖，并加速大鼠颊黏膜创面修复。这种双功能支架为口腔鳞状细胞癌术后预防局部复发和促进软组织缺损再生提供了新的解决方案。
本研究的亮点在于：首次将生物支架与光热剂ICG相结合用于口腔鳞癌术后治疗，实现了抗肿瘤与促修复的双重功能；采用Col/SF复合体系优化了支架的降解性和力学性能，并通过三维打印实现了支架结构的精确调控；ICG在支架中负载效率高达97.81%且释放极为缓慢，使支架可重复用于多次光热治疗；系统探索了ICG浓度、激光功率密度和照射距离对光热温度的影响规律，为临床应用提供了可调控的治疗参数依据。