目前临床上对于实体瘤的治疗，通常采用以手术切除为主，化疗、放疗为辅的综合疗法。手术切除大部分骨肿瘤组织之后，在原发灶部位会造成大块组织缺损，超过人体自愈范围，因而需要植入组织工程支架进行诱导修复。同时，由于手术很难完全清除肿瘤细胞，为防止肿瘤复发，临床通常会借助传统化疗和放疗手段，而放疗和化疗对病人会造成很大的毒副作用。为解决该问题，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员吴成铁与常江带领的研究团队提出构建兼具肿瘤治疗和组织再生双功能特性的 3D 打印组织工程支架，近期取得系列进展。
该团队利用多巴胺原位聚合与 3D 打印生物支架表面矿化的特点，在 3D 打印的 Ca-P-Si 生物陶瓷支架表面上诱导出一层自均匀组装的聚多巴胺 / Ca-P 纳米层（图 3），使其兼具光热抗肿瘤的疗效及修复大块骨缺损的能力。诱导后的支架表面粗糙度及亲水性的提高，以及纳米层中含有的 OH、NH2 – 生物活性基团能够促进骨间充质干细胞粘附和增殖。其次，诱导出的纳米层能够促进 Ca-P 矿化，有利于营养物质的吸附，进而促进骨间充质干细胞的分化及体内成骨。同时，诱导后的支架在 808nm 近红外光照射下，能实现快速升温，进而利用其良好的光热效果，能有效杀死肿瘤细胞，抑制裸鼠体内肿瘤生长。该成果已经申请专利一项，相关研究成果发表在《生物材料》（Biomaterials. 2016; 111: 138-148），第一作者为在读生马红石。该工作被 Materials Today 以新闻亮点形式报道（图 4）。最近，该团队利用活性营养元素制备了超小尺度 CuCoS2 纳米晶 (~10 nm)，其光热转换效率能达到 73%，具有非常优良的光热效应，能有效杀死肿瘤，同时因为Cu 等活性元素可以促进血管化，可能是一类新型的兼具“骨修复” 与“肿瘤治疗”的双功能生物活性纳米材料（Adv Funct Mater 2017 DOI: 10.1002/adfm.201606218）。
此外，该团队还与同济大学合作，探索了细胞生物打印。该团队采用酶引发聚合温和的高强度超分子 – 高分子复合水凝胶与干细胞进行结合，通过原位 3D 打印，成功实现了干细胞在酶铰链的高强度水凝胶支架中的高效存活，为干细胞原位 3D 打印开辟了新方法（Chem Sci 2016;7:2748-2752)。
目前相关研究已经实现了部分技术转移转化，获得企业横向支持 300 余万元。相关研究工作得到了中组部青年千人计划、科技部重点研发计划、中科院青年拔尖人才以及国家自然基金支持。
图 1. 3D 打印制备的具有二硫化钼纳米片层的生物陶瓷多孔支架，支架具有优良的光热特性与成骨活性。纯陶瓷支架 AKT(a) 及不同二硫化钼含量的复合支架 0.05MS-AKT(b)、0.1MS-AKT(c) 及 0.2MS-AKT(d) 的形貌。
图 2. 兔子股骨缺损部位植入 3D 打印的二硫化钼修饰的生物陶瓷支架 (a，b) 和纯陶瓷支架 (c，d) 八周后，在支架内部和周围形成大量新生骨组织 (e，f)。
图 3. (a) 依次为纯生物陶瓷支架，2mg/mL, 4mg/mL, 6mg/mL 多巴胺诱导的生物陶瓷支架照片；纯生物陶瓷 (b) 和 4mg/mL 多巴胺诱导的生物陶瓷支架 (c) 的显微照片；纯生物陶瓷支架 (d), 4mg/mL 多巴胺诱导的生物陶瓷支架 (e) 的 SEM 结果；4mg/mL 多巴胺诱导的生物陶瓷支架断面 SEM(h) 以及断面能谱 (i)。
来源：上海硅酸盐所