本研究报告了北京化工大学生命科学与技术学院刘雪仪、沈美芳、李一凡、蔡晴、杨小平、俞英杰等研究者（通讯作者为俞英杰），联合北京ICE生物科学免疫学与肿瘤学中心邴铁军、张新云等，于2024年5月5日在 Advanced Science 期刊在线发表的一项原创研究，DOI为10.1002/advs.202402208。该研究开发了一种生物活性可注射水凝胶（BG-MnGel），用于恶性黑色素瘤术后肿瘤转移调控与创面愈合。

一、研究背景与目的

恶性黑色素瘤是一种高转移性、高侵袭性的皮肤肿瘤，目前临床上主要依赖手术切除浅表肿瘤及周围皮肤组织。然而，手术切除不完全和深部肿瘤残留常导致肿瘤复发或转移，同时术后皮肤缺损创面又面临愈合缓慢和易感染的问题。因此，临床上亟需一种既能有效清除残留浸润肿瘤细胞、又能促进创面愈合的综合治疗策略。近年来，免疫治疗尤其是免疫检查点阻断（immune checkpoint blockade, ICB）如抗PD-1抗体（α-PD-1）在黑色素瘤治疗中取得了显著进展。但ICB的疗效在很大程度上依赖肿瘤浸润淋巴细胞（tumor-infiltrating lymphocytes, TILs）的募集。光热治疗（photothermal therapy, PTT）可将光能转化为热能，逆转肿瘤免疫抑制微环境，增加肿瘤局部血流，促进TILs浸润。此外，cGAS-STING信号通路作为重要的胞质DNA感知通路，可通过I型干扰素（IFN）的产生调控肿瘤免疫应答；锰离子（Mn²⁺）已被证实能激活STING通路。基于这些背景，该研究旨在构建一种兼具光热性能、STING激动能力和组织再生功能的多功能可注射水凝胶平台，以协同免疫检查点阻断治疗，同时逆转肿瘤免疫抑制微环境并促进术后创面愈合。

二、研究流程与实验设计

该研究整体分为材料制备与表征、体外细胞实验、体内免疫激活实验、联合免疫治疗实验和体内创面愈合实验五大部分。

在材料制备阶段，研究者通过溶胶-凝胶法（sol-gel method）合成了锰掺杂生物活性玻璃（BG-Mn）纳米颗粒。随后将BG-Mn与海藻酸钠（sodium alginate, SA）溶液混合，利用BG-Mn中释放的Mn²⁺和Ca²⁺交联SA，制备出可注射复合水凝胶BG-MnGel。研究首先对BG-Mn的形貌、粒径、元素组成、紫外-可见吸收光谱、光热转换效率和光热稳定性进行了系统表征；对BG-MnGel的流变学行为、多孔结构、元素分布、压缩强度以及近红外光（NIR）照射下的光热响应和Mn²⁺释放行为也进行了详细测定。

在体外实验部分，研究者首先利用L929成纤维细胞进行生物相容性评价，包括活/死染色和划痕实验，考察水凝胶对细胞活力和迁移的影响。随后以B16F10小鼠黑色素瘤细胞为研究对象，通过原子吸收光谱（AAS）定量检测Mn²⁺的胞内摄取，并利用免疫荧光染色和蛋白质印迹（Western blot）检测cGAS-STING通路相关蛋白（p-STING、p-TBK1、p-IRF3）的表达。进一步将处理后的B16F10细胞与小鼠骨髓来源树突状细胞（BMDCs）共培养，通过流式细胞术检测树突状细胞成熟情况。此外，还对B16F10细胞进行了全基因组RNA测序（RNA-seq）分析，通过KEGG、GO和GSEA等生物信息学方法解析差异表达基因及相关信号通路。

在体内实验方面，研究者建立了C57BL/6小鼠B16F10皮下黑色素瘤模型。通过在肿瘤内注射BG-MnGel并进行808 nm近红外光照射，观察肿瘤部位温度变化。随后通过流式细胞术分析肿瘤引流淋巴结中成熟树突状细胞（mDCs）、肿瘤组织中CD8⁺ T细胞、M1/M2巨噬细胞比例和髓源性抑制细胞（MDSCs）的变化。在联合治疗实验中，研究者将BG-MnGel+NIR激光照射与α-PD-1抗体联用，评估肿瘤生长抑制、小鼠生存期、脾脏中枢记忆T细胞（Tcm）比例，并通过H&E染色和TUNEL染色观察肿瘤组织损伤和细胞凋亡。在创面愈合实验中，研究者构建了C57BL/6小鼠全层皮肤缺损模型，通过不同时间点的创面拍照、创面收缩率计算、H&E染色、CD31/α-SMA免疫荧光染色和IL-6免疫组化染色，评价BN-MnGel联合温和热疗对创面闭合、肉芽组织形成、血管新生和炎症微环境的影响。

三、主要研究结果

在材料特性方面，BG-Mn呈球形、分散均匀，X射线光电子能谱（XPS）证实Mn²⁺成功掺杂。与未掺杂的BG相比，BG-Mn在808 nm处出现明显吸收峰，光热转换效率达到47.9%，且BG-MnGel在近红外光照射下温度可稳定升至43 °C，表现出优异的光热响应性和光热稳定性。Mn²⁺释放实验显示，BG-MnGel在pH 5.5和pH 7.4条件下均能持续释放Mn²⁺，且近红外光诱导的温和热疗可加速Mn²⁺释放。体内红外热成像也证实，肿瘤内注射BG-MnGel后，在808 nm激光照射下肿瘤部位温度可在8分钟内迅速升至44.7 °C，而PBS和BGGel组温度无明显变化。

在体外细胞实验中，BG-MnGel表现出良好的生物相容性，且能促进L929细胞迁移。AAS检测显示，BG-MnGel+NIR激光照射组在7小时时B16F10细胞内Mn²⁺积累量达到82.86 ng/10⁶细胞，是单独BG-MnGel组的1.37倍，说明温和热疗可显著增强Mn²⁺的细胞摄取。免疫荧光和Western blot结果显示，BG-MnGel+NIR激光照射组p-STING、p-TBK1、p-IRF3蛋白表达水平最高，表明BG-MnGel联合温和热疗能有效激活STING通路。流式细胞术检测发现，BG-MnGel+NIR激光照射组诱导的BMDCs成熟比例高达53.93%，分别为PBS组、BGGel+NIR组和BG-MnGel组的11.0倍、3.2倍和1.7倍。

RNA-seq分析显示，与PBS对照组相比，BG-MnGel+NIR激光照射组有798个基因上调、912个基因下调。KEGG和GO富集分析表明，差异表达基因主要富集于p53、IFN-I和TNF信号通路。GSEA分析显示NF-κB信号通路和NK细胞介导的细胞毒性通路被激活。热图分析进一步显示，CXCL10、CCL5、IL6和IL23a等免疫激活因子和促炎因子在BG-MnGel+NIR激光照射组显著上调，提示该治疗可逆转免疫抑制微环境。同时，PD-L1表达和PD-1/PD-L1检查点通路也出现上调，为联合α-PD-1治疗提供了理论依据。

在体内免疫激活实验中，BG-MnGel+NIR激光照射组的肿瘤引流淋巴结中成熟树突状细胞比例达到50.4%，是BG-MnGel组的1.19倍；肿瘤组织中CD8⁺ T细胞比例为50.26%，是BG-MnGel组的1.15倍。M2/M1巨噬细胞比值降至约0.75：1，较BG-MnGel组降低0.58倍；MDSCs比例也显著降低。这些结果表明，BG-MnGel联合温和热疗可显著改善肿瘤免疫抑制微环境，增强抗肿瘤免疫应答。

在联合α-PD-1治疗实验中，BG-MnGel+α-PD-1+NIR激光照射组肿瘤生长受到最显著抑制，小鼠生存期明显延长。该组脾脏中枢记忆T细胞比例显著增加，表明其能诱导长期免疫记忆。H&E染色和TUNEL染色显示，该组肿瘤组织损伤最严重、凋亡细胞最多。

在创面愈合实验中，BG-MnGel+NIR激光照射组在第12天创面闭合率最高（99.64%），H&E染色显示该组肉芽组织更厚、皮肤附属器（如毛囊）更多，表皮厚度较BGGel组高1.45倍。CD31/α-SMA免疫荧光染色显示该组血管新生和成熟程度显著增强。IL-6免疫组化染色显示，该组IL-6表达显著下调，表明其能促进创面从炎症微环境向修复微环境转变。

四、结论与研究价值

该研究成功构建了一种由锰掺杂生物活性玻璃与海藻酸钠交联形成的可注射复合水凝胶BG-MnGel。该材料具有优异的光热性能和光热稳定性，能在肿瘤局部实现温和热疗，并加速Mn²⁺释放。BG-MnGel联合近红外光照射可有效激活cGAS-STING通路，逆转肿瘤免疫抑制微环境，增强树突状细胞成熟、CD8⁺ T细胞浸润和M1巨噬细胞极化，抑制MDSCs。与α-PD-1抗体联用时，可显著抑制黑色素瘤生长、延长小鼠生存期并诱导长期免疫记忆。同时，BG-MnGel通过释放SiO₄⁴⁻、Ca²⁺、Mn²⁺等活性离子和温和热疗的协同作用，促进血管新生、肉芽组织形成和皮肤附属器再生，加速全层皮肤缺损创面愈合。该研究为恶性黑色素瘤术后综合治疗提供了集抗肿瘤免疫治疗与创面修复于一体的新型多功能平台，具有重要的科学价值和应用前景。

五、研究亮点

该研究的亮点在于：首先，利用Mn²⁺掺杂生物活性玻璃同时实现了STING通路激活和光热转换功能，实现了“一石二鸟”的设计策略；其次，通过近红外光触发温和热疗，不仅增强了Mn²⁺的胞内摄取和STING激活，还加速了Mn²⁺从水凝胶中的释放，形成了光热-离子释放-免疫激活的级联放大效应；第三，将免疫检查点阻断（α-PD-1）与STING激动和光热治疗有机结合，诱导了长期抗肿瘤免疫记忆；第四，该水凝胶平台兼具抗肿瘤和促创面愈合双重功能，为黑色素瘤术后综合治疗提供了新的材料学策略。