该研究由 xiangyan chen、jiaojiao tao、miao zhang、zhongxia lu、yang yu、panpan song、teng wang、tianze jiang 和 xia zhao 等人完成，主要作者来自中国海洋大学海洋药物教育部重点实验室、山东省糖科学与糖技术重点实验室及青岛海洋科学与技术国家实验室海洋药物与生物制品实验室。该研究发表于期刊 carbohydrate polymers 第298卷，文献编号120123，于2022年9月16日在线发表。
该研究属于生物医用材料与肿瘤术后治疗领域，聚焦皮下恶性肿瘤（如乳腺癌和黑色素瘤）手术切除后的综合治疗难题。肿瘤手术常伴随肿瘤残留、组织缺损、出血及细菌感染，进而导致肿瘤复发率高、生存率低以及伤口愈合延迟。临床常用的抗生素和化学抗肿瘤药物存在细菌耐药、多药耐药及毒副作用等问题。近年来，基于近红外（nir）光热疗法（ptt）的纳米材料策略因其高效、低副作用、非侵入性和高选择性而受到重视。金纳米颗粒具有良好光热转换能力，但抗菌活性不足；银纳米颗粒具有广谱抗菌性能。此外，海洋来源的iota卡拉胶（iota carrageenan, ca）是一种天然硫酸化多糖，具有抗肿瘤、抗炎和免疫调节活性。基于这些背景，该研究旨在开发一种在不使用化疗药物和抗生素的条件下既能抑制肿瘤术后复发又能促进伤口愈合的多功能水凝胶。
研究的工作流程主要分为水凝胶的制备与表征、体外性能评价、体内抗肿瘤与促愈合评价三大部分。首先，研究者以iota卡拉胶为还原剂和稳定剂，先将其与硝酸银反应制备ca-agnps，再加入氯金酸通过氧化还原反应获得ca-auagnps，随后将ca-auagnps与泊洛沙姆407（f127）、聚乙烯吡咯烷酮（pvp）和硼酸（ba）在低温条件下混合，形成可注射的热敏水凝胶ca-auagnps-gel。ca的分子量和硫酸基含量分别通过高效液相色谱法和离子色谱法测定；采用傅里叶变换红外光谱和核磁共振氢谱、碳谱对ca的结构进行解析；使用透射电子显微镜和粒度分析仪对纳米颗粒的形貌、粒径及zeta电位进行表征。凝胶的形貌通过扫描电子显微镜观察，光热性能通过808 nm激光照射并记录温度变化来评价，生物相容性通过mtt法、活/死细胞染色和溶血实验评估。体外抗肿瘤实验以小鼠乳腺癌4t1细胞和小鼠黑色素瘤b16f10细胞为对象，通过ao/pi染色、mtt法和细胞凋亡分析进行评估。体内抗肿瘤实验分别建立了balb/c小鼠4t1原位乳腺癌模型和c57bl/6j小鼠b16f10皮下黑色素瘤模型；在乳腺癌模型中，将荷瘤小鼠随机分为生理盐水组、ca-agnps-gel组、ca-auagnps-gel组和ca-auagnps-gel加近红外激光照射组，每组6只，记录肿瘤体积和体重变化。在黑色素瘤术后复发模型中，手术切除肿瘤时故意残留约40 mm³肿瘤组织以模拟临床残留微肿瘤。抗菌实验选用金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌和白色念珠菌，通过抑菌圈法、菌落形成单位计数及扫描电镜观察评价抗菌效果。感染伤口愈合实验在sd大鼠背部建立金黄色葡萄球菌感染的全层皮肤缺损模型，随机分组后分别用生理盐水、磺胺嘧啶银、ca-agnps-gel、ca-auagnps-gel和ca-auagnps-gel加激光进行处理，观察19天内创面愈合情况。组织学分析采用h&e染色、masson染色、tunel染色、ki67免疫组化染色及cd31、il-6、tnf-α和vegf的免疫荧光或免疫组化染色。
研究结果显示，ca的分子量为10.2 kda，硫酸基含量为31.4%，其结构特征峰与文献报道一致。制备的ca-agnps粒径为104.70±3.14 nm，ca-auagnps粒径为93.89±2.68 nm，zeta电位均为负值。ca-auagnps-gel具有优良的温敏可逆性和可注射性，其多孔结构比对照组更均匀。在808 nm激光照射6分钟后，ca-auagnps-gel温度从29.1 ℃升至48.3 ℃，表现出良好的光热转换能力和循环稳定性。溶血率低于5%，nih-3t3和l929细胞活性均高于85%，表明其良好的血液相容性和细胞相容性。体外抗肿瘤实验中，ca-auagnps-gel加激光组的4t1和b16f10细胞活力低于10%，大量肿瘤细胞死亡。体内乳腺癌模型中，ca-auagnps-gel加激光组肿瘤体积显著小于其他组，激光照射6分钟后肿瘤局部温度达到46.4 ℃。组织学分析显示该组肿瘤组织细胞间隙增大、核固缩明显、tunel阳性细胞最多而ki67阳性细胞最少。免疫原性细胞死亡相关指标显示，激光照射后ros生成显著增加，hmgb1释放和crt暴露增强，cd4+和cd8+ t细胞表达升高，tnf-α和il-6水平升高而tgf-β水平下降。止血实验中，ca-auagnps-gel组出血量显著低于对照组，止血时间约30秒，扫描电镜显示其表面粘附大量红细胞和血小板。抗菌实验显示ca-auagnps-gel加激光组对多种细菌和真菌均具有最大抑菌圈和最低菌落形成单位，扫描电镜显示细菌细胞膜皱缩、破裂和胞质渗漏。感染伤口实验中，ca-auagnps-gel加激光组在19天内愈合最快，组织学分析显示其新生表皮、肉芽组织、毛囊和胶原沉积最多，il-6和tnf-α表达最低，vegf和cd31表达最高。术后肿瘤复发模型中，ca-auagnps-gel加激光组在12天内未见明显肿瘤生长，而生理盐水组肿瘤显著复发；组织学染色显示该组新生表皮和毛囊结构完整，几乎无ki67阳性细胞。
结论表明，该研究成功构建了一种基于iota卡拉胶和金-银纳米颗粒的可注射光热水凝胶ca-auagnps-gel，该水凝胶具有良好的生物相容性、可注射性和近红外光热响应性。在无化疗药物和抗生素的条件下，ca-auagnps-gel能够有效抑制乳腺癌原位生长和黑色素瘤术后复发，并通过光热诱导的高温和免疫原性细胞死亡促进肿瘤细胞凋亡及增强免疫应答。同时，该水凝胶具有显著的止血和抗菌性能，能通过促进再上皮化、胶原沉积、抑制促炎因子表达和促进血管生成来加速感染伤口及肿瘤术后伤口愈合。该研究的科学价值在于提供了一种基于海洋多糖的多功能生物材料策略，将光热抗肿瘤、免疫激活、抗菌和伤口愈合功能整合于同一平台；应用价值在于为皮下肿瘤术后综合治疗提供了潜在的临床转化方案，避免了化疗药物和抗生素的使用，有望提高肿瘤患者术后生存率和生活质量。研究的亮点包括：利用iota卡拉胶一步法制备金-银双金属纳米颗粒并同时作为水凝胶基质组分；通过光热诱导免疫原性细胞死亡实现抗肿瘤免疫激活；在不使用抗生素和化疗药物条件下实现抑瘤、抗菌和促愈合的多重治疗效果。