骨肉瘤术后管理长期受限于三大核心挑战：铂类化疗耐药、抗肿瘤免疫反应不足，以及大段骨缺损难以同步修复。针对动态术后微环境，研究人员开发了一种近红外（NIR）响应智能复合骨支架——通过中空介孔二氧化硅与聚多巴胺界面工程整合可还原铂(IV)前药（Pt(IV)）与葫芦素B（CuB），实现对肿瘤相关信号及外源性光刺激的双重响应。机制层面，可控释放的CuB抑制DNA损伤修复，放大Pt(IV)诱导的DNA损伤效应，逆转铂类耐药；二者协同诱导免疫原性细胞死亡（ICD），激活cGAS-STING通路，重塑抗肿瘤免疫微环境。同时，持续释放的Si4+与CuB协同促进血管生成与成骨分化，构建骨再生生态位。体内研究显示，该支架具备微环境响应与外源触发的调控能力：肿瘤抑制阶段，酸性肿瘤微环境与近红外照射增强Pt(IV)和CuB释放，有效抑制耐药骨肉瘤；随着局部微环境逐步正常化，系统支持成骨与血管化，最终实现大量新生骨形成与骨桥接，且无可见全身毒性。综上，该研究提出了一种兼具微环境响应性、功能集成性与多通路协同性的多功能复合支架策略，为耐药骨肉瘤的术后治疗与骨修复提供了一体化解决方案。
研究背景与意义
骨肉瘤是好发于儿童及青少年的高侵袭性原发性恶性骨肿瘤，当前临床以手术切除联合新辅助化疗为核心方案，但近几十年来患者总体预后停滞不前。一方面，治疗后残留肿瘤细胞易产生化疗耐药，导致复发转移控制不佳；另一方面，免疫治疗在骨肉瘤中疗效有限，与肿瘤免疫原性低、效应T细胞浸润不足及强免疫抑制性肿瘤微环境（TME）密切相关。此外，广泛肿瘤切除必然造成大段骨缺损，严重损害患者功能恢复与生活质量。因此，亟需开发可同时逆转化疗耐药、重塑局部免疫微环境并促进骨再生的时序协同治疗策略，实现术后肿瘤控制与骨缺损修复的一体化。该研究由中南大学湘雅三医院团队完成，发表于《Bioactive Materials》，为解决耐药骨肉瘤术后治疗与修复难题提供了新型生物材料方案。
关键技术方法
研究采用3D打印技术制备聚左旋乳酸（PLLA）多孔支架，通过聚多巴胺（PDA）界面修饰负载整合Pt(IV)前药与CuB的中空介孔二氧化硅纳米颗粒（HMSNs），构建多功能复合支架。体外实验使用人骨肉瘤亲本细胞HOS、耐药株HOS/DDP及小鼠骨肉瘤细胞K7M2，结合转录组测序、分子对接、药物亲和响应靶点稳定性（DARTS）实验解析分子机制；通过细胞活力检测、免疫荧光、Western blot评估抗肿瘤与DNA损伤效应，以树突状细胞成熟、细胞因子分泌评价免疫激活作用；采用大鼠骨髓间充质干细胞（rBMSCs）与人脐静脉内皮细胞（HUVECs）分别验证成骨与血管生成活性。体内实验分别建立BALB/c裸鼠皮下耐药骨肉瘤移植瘤模型、BALB/c小鼠胫骨原位骨肉瘤模型及SD大鼠股骨临界尺寸骨缺损模型，评估抗肿瘤疗效、免疫微环境重塑及骨再生效果，所有动物实验经中南大学动物福利伦理委员会批准。
研究结果
2.1 CuB通过抑制DNA损伤修复逆转骨肉瘤DDP耐药
研究人员首先证实低剂量CuB（0.1 μM）可显著增强顺铂（DDP）对耐药骨肉瘤细胞的增殖抑制作用。转录组测序结合京都基因与基因组百科全书（KEGG）、基因本体论（GO）富集分析提示差异基因主要富集于DNA损伤修复相关功能。分子对接与DARTS实验验证CuB可直接结合DNA损伤修复关键蛋白RAD51与MRE11，抑制其表达，从而阻断DNA双链断裂修复，增强DDP诱导的DNA损伤效应。过表达RAD51或MRE11可部分逆转CuB联合DDP的细胞毒性与DNA损伤积累，进一步证实该机制的核心作用。
2.2 Pt(IV)前药与复合纳米治疗体系的制备及表征
研究人员合成以DDP为母核的可还原Pt(IV)前药，通过扩散驱动负载入HMSNs，经多巴胺自聚合形成PDA壳层后共价偶联CuB，成功构建HMSNs@Pt(IV)@PDA-CuB（H@Pt@P-C）纳米体系。透射电镜（TEM）显示其粒径约142 nm，PDA壳层厚度约10 nm，元素映射证实Pt与有机功能层均匀分布；X射线光电子能谱（XPS）与核磁共振氢谱（1 H NMR）验证Pt(IV)氧化态与化学结构正确，铂负载效率约55%。
2.3 复合骨支架的制备及表征
通过3D打印结合PDA粘附策略，将H@Pt@P-C稳定锚定至PLLA支架表面，构建PD/H@Pt@P-C复合支架。扫描电镜（SEM）显示支架具500 μm级三维连通孔隙，孔隙率65.2%，力学强度符合松质骨范围（压缩强度25.76 MPa）。药物释放实验表明，酸性条件与近红外照射可协同加速Pt(IV)释放，CuB呈持续温和释放；支架具可控光热效应（1.0 W cm-2 近红外照射下维持约42℃），且表面亲水性与细胞相容性显著提升，支持骨髓间充质干细胞黏附铺展。
2.4 复合支架通过抑制DNA修复增强Pt诱导DNA损伤并协同诱导骨肉瘤细胞凋亡
体外细胞实验显示，PD/H@Pt@P-C联合近红外照射对亲本与耐药骨肉瘤细胞均具最强杀伤效应，可显著下调RAD51与MRE11表达，上调DNA损伤标志物γ-H2AX水平，证实CuB可协同增强Pt诱导的DNA损伤，逆转耐药表型。
2.5 复合支架通过DNA损伤协同触发免疫原性细胞死亡并激活cGAS-STING通路
该支架在近红外触发下可显著促进骨肉瘤细胞释放钙网蛋白（CRT）、高迁移率族蛋白B1（HMGB1）与ATP，诱导免疫原性细胞死亡（ICD）；同时胞质DNA片段激活cGAS-STING通路，上调磷酸化STING、TBK1、IRF3及I型干扰素（IFN-β）、白细胞介素6（IL-6）、趋化因子CXCL10表达，促进树突状细胞成熟，有效驱动“冷”肿瘤向“热”肿瘤转化。
2.6 复合支架体内协同抗耐药骨肉瘤疗效与生物安全性评价
裸鼠皮下移植瘤模型中，PD/H@Pt@P-C联合近红外照射可显著抑制耐药肿瘤生长，延长小鼠生存期，诱导最高水平DNA损伤与细胞凋亡，且无明显体重下降或血液生化异常，生物安全性良好。
2.7 复合支架通过重塑免疫微环境抑制原位骨肉瘤进展
原位胫骨骨肉瘤模型中，该治疗组肿瘤抑制效果最优，显著升高肿瘤内成熟树突状细胞、CD4+ 与CD8+ T细胞浸润，增强CD8+ T细胞毒性，降低调节性T细胞（Tregs）比例，缓解T细胞耗竭；转录组测序显示免疫激活相关基因显著富集，中性粒细胞浸润减少，证实其可有效重塑免疫抑制性微环境。
2.8 复合支架体外促血管生成与成骨活性评价
该支架可通过上调缺氧诱导因子1α（HIF-1α）、血管内皮生长因子A（VEGF-A）、CD31表达，促进HUVEC迁移与管形成，增强血管生成；同时显著上调rBMSCs中成骨相关蛋白Runx2、碱性磷酸酶（ALP）、骨钙素（OCN）、骨桥蛋白（OPN）表达，促进早期成骨分化与晚期矿化结节形成，且Pt(IV)未表现出明显细胞毒性。
2.9 复合支架体内促进大鼠股骨缺损修复评价
大鼠股骨临界尺寸骨缺损模型中，PD/H@Pt@P-C支架植入8周后，micro-CT显示骨体积分数（BV/TV）、骨密度（BMD）、骨小梁厚度（Tb.Th）与数量（Tb.N）均显著高于对照组，组织学染色证实大量新生骨形成与骨桥接，胶原沉积丰富，成骨标志物BMP2与OPN高表达，且主要脏器无病理损伤，生物相容性优异。
讨论与研究结论
研究人员在讨论中指出，该策略突破了传统骨修复支架功能单一、抗肿瘤与再生功能分离的局限，通过微环境响应与外源触发的时序调控，实现“抗肿瘤-免疫激活-骨再生”的协同。结论明确：PD/H@Pt@P-C复合支架可在近红外调控下可控释放药物，CuB通过抑制DNA损伤修复增强Pt(IV)敏感性，逆转铂类耐药；同时诱导免疫原性细胞死亡并激活cGAS-STING通路，重塑抗肿瘤免疫微环境；支架自身生物活性与CuB的成骨效应协同促进骨再生。该研究为耐药骨肉瘤术后局部治疗与功能重建提供了可转化的生物材料平台，未来需在更接近临床的骨缺损模型中进一步验证其长期安全性与大动物适用性。
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