这是一项关于黑色素瘤术后治疗与创面修复的原创研究，由重庆大学生命科学学院及生物工程学院的薛晨晨、Linawati Sutrisno、李梦欢、朱伟、费阳、刘昌煌、王璇、蔡开勇、胡燕及罗忠等人合作完成。通讯作者为胡燕和罗忠。该研究于2020年12月28日在线发表于 Biomaterials 期刊，论文编号为269 (2021) 120623。
该研究属于生物材料、纳米医学与组织工程交叉领域。黑色素瘤的主要治疗方式是手术切除，但手术面临两大难题：切缘残留的浸润性黑色素瘤细胞可导致局部复发；广泛切除会造成难以愈合的大面积组织缺损。因此，临床需要一种兼具抗肿瘤活性与促创面修复功能的术后创面敷料。黑磷（black phosphorus, BP）纳米片具有优异的光热转换能力、可生物降解性以及降解产物磷酸根/膦酸根离子激活ERK1/2与PI3K/AKT信号通路促进组织修复的特性。明胶-聚己内酯（gelatin-PCL, GP）支架是一种已在临床验证的生物可吸收材料，具有温度敏感性和促愈合作用。该研究旨在将负载阿霉素（doxorubicin, DOX）并修饰叶酸靶向基团的黑磷纳米制剂整合到GP纳米纤维支架中，以期实现对黑色素瘤术后残留病灶的光热/化疗协同杀伤，并同步促进创面愈合。
研究整体流程包括材料制备与表征、体外光热与药物释放评价、体外细胞实验以及体内动物实验四大部分。首先，研究者通过液相超声剥离法制备了平均粒径约143 nm的黑磷纳米片，随后通过静电吸附负载DOX，并依次修饰氨基聚乙二醇叠氮（NH₂-PEG-N₃）与叶酸炔基衍生物，获得BP@DOX/PEG-FA纳米制剂。透射电镜、扫描电镜、元素分布、zeta电位、热重分析及红外光谱等表征结果证实了纳米制剂的成功构建。DOX负载率最高为28.1%。随后，将BP@DOX/PEG-FA与明胶和PCL共混，通过静电纺丝一步制备成纳米纤维复合支架，分别以2%、5%和10%的质量比制备了三种不同BP含量的支架。纤维平均直径约164 nm，BP纳米制剂在纤维中均匀分散未出现明显聚集。
在光热性能与药物释放评价中，研究者使用808 nm近红外激光（near-infrared, NIR）对纳米制剂溶液及复合支架进行照射，通过红外热像仪记录温度变化。结果显示BP@DOX/PEG-FA溶液在0.45、0.65和0.85 W/cm²功率密度下分别升温至约38.5°C、49.4°C和56.7°C，光热转换效率约为38%。复合支架的光热升温能力与BP负载量呈正相关。综合考虑有效性与安全性，后续实验选择了0.65 W/cm²作为标准照射功率。DOX释放实验表明，无NIR照射时DOX泄漏极低，而NIR照射可触发爆发式释放，且释放曲线在脉冲式照射下呈现多脉冲模式，说明该支架对NIR具有良好的响应性。降解实验显示，NIR照射可加速BP向磷酸根的氧化转化，15天后磷酸根释放率达到88.1%，而未经照射组仅为38.9%；支架失重速率在激光组为29.6%，是纯GP支架的2.4倍。
体外细胞实验部分涉及多种细胞模型。研究者首先比较了不同BP负载量支架对正常细胞和黑色素瘤细胞的毒性，发现10%负载量时细胞毒性显著升高而抗肿瘤增益有限，最终选择5%负载量的支架作为标准治疗组。在生物相容性实验中，小鼠胚胎成纤维细胞（NIH-3T3）和人脐静脉内皮细胞（HUVECs）分别接种于GP、5BP-PEG-FA-GP和5BP@DOX/PEG-FA-GP支架上培养1、3、5天。BP修饰支架组的细胞增殖率最高，含DOX组略低于不含DOX组但仍高于对照和GP组。碱性磷酸酶染色和划痕实验显示BP修饰支架能显著提高细胞迁移能力，细胞骨架染色可见更充分的细胞铺展与黏着斑形成。RT-qPCR检测显示BP修饰支架显著上调VEGF、I型胶原和III型胶原等愈合相关基因表达。在抗黑色素瘤实验中，B16F10黑色素瘤细胞接种于不同支架并接受0、1、2、3次NIR照射，细胞活力在5BP@DOX/PEG-FA-GP组分别降至50.9%、35.2%和21.1%，而5BP-PEG-FA-GP组仅降至80.0%、73.8%和65.7%。流式细胞术和共聚焦显微镜结果显示FA修饰能提高DOX的细胞内递送效率2.4倍以上，且细胞内DOX荧光强度随照射次数增加而增强。
体内动物实验包括抗肿瘤评价和糖尿病创面愈合评价两部分。在抗肿瘤实验中，研究者将B16F10细胞接种于C57BL/6J小鼠右侧皮下建立黑色素瘤模型，待肿瘤直径约8 mm时进行局部切除并植入不同支架，每组5只小鼠。激光组在植入后连续三天接受NIR照射。红外热像图显示激光照射下5BP-PEG-FA-GP组和5BP@DOX/PEG-FA-GP组肿瘤区域温度迅速升至约48.9°C和48.2°C，而GP组仅升至37.9°C。活体荧光成像显示激光照射使DOX在肿瘤内的蓄积量提高2.8倍。15天后，5BP@DOX/PEG-FA-GP+激光组肿瘤基本消失，最终肿瘤体积缩小至约0.18 cm³，明显优于仅光热组（约1.05 cm³）及对照组（2.15 cm³）。同时，该组创面在15天时几乎完全愈合。H&E染色和TUNEL染色可见光热/化疗联合处理组大量肿瘤细胞坏死凋亡，而主要脏器未见明显毒性损伤。血液学指标分析显示各处理组红细胞、血红蛋白等指标均保持在正常范围内。
在糖尿病创面愈合实验中，研究者通过链脲佐菌素（streptozocin, STZ）诱导建立糖尿病小鼠模型，血糖水平超过20 mM者纳入实验，共四组，每组3只。小鼠背部制备全层皮肤创面，分别覆盖Tegaderm敷料（对照）、GP支架、5BP-PEG-FA-GP支架和5BP@DOX/PEG-FA-GP支架。结果显示三组支架处理均显著加快创面愈合，第15天时GP组创面面积缩小87.4%，5BP-PEG-FA-GP组缩小97.2%，5BP@DOX/PEG-FA-GP组缩小87.5%。RT-PCR分析显示BP整合支架使创面组织中I型胶原和III型胶原表达分别上调4.0倍和6.9倍，VEGF基因表达上调3.4倍。Western blot分析进一步证实BP降解产物激活了ERK1/2和PI3K/AKT信号通路。
该研究的核心结论是：将叶酸靶向的DOX负载黑磷纳米片整合到GP纳米纤维支架中，可制备出一种兼具协同抗黑色素瘤活性与促创面修复功能的多功能可降解植入式敷料。NIR照射引发支架发生溶胶-凝胶转变，原位释放BP@DOX/PEG-FA纳米制剂，一方面通过叶酸受体介导的靶向摄取，实现对残留黑色素瘤细胞的光热/化疗协同杀伤；另一方面BP降解产生的磷酸根/膦酸根离子激活ERK1/2和PI3K/AKT通路，与GP支架的促黏附特性协同加速组织重建。这一策略为黑色素瘤术后创面管理提供了一种有前景的解决方案。
该研究的亮点在于：第一，将光热治疗、化疗与创面修复三种功能整合到单一平台上，解决了黑色素瘤术后治疗中的肿瘤复发和组织缺损两大难题；第二，利用GP支架的温度响应性实现NIR控制的原位纳米制剂释放，提高了治疗的时空可控性；第三，BP纳米片降解产物的促愈合信号激活功能与GP支架的促愈合特性形成了协同效应；第四，FA修饰使纳米制剂具备对黑色素瘤细胞表面叶酸受体的主动靶向能力，减少了化疗药物的非特异性毒性。此外，该研究还系统比较了不同BP负载比例对疗效和安全性的影响，为后续材料优化提供了实验依据。