西南交大鲁雄教授等Nano Today：仿贻贝杂化纳米MOFs组装3D打印支架用于可控药物释放，实现预防肿瘤复发以及骨再生

该研究以仿贻贝纳米MOFs为纳米药物载体，其具有高表面粘附性、良好的水分散性、生物稳定性、及肿瘤微环境敏感性等特点，是一种新型的药物纳米递送系统。首先，基于酚羟基化学，提出多巴胺-金属离子螯和作用及原位杂化调控ZIF-8晶体生长的策略，实现对MOF形貌、尺寸及稳定性的有效调控。该仿贻贝纳米MOFs(pZIF-8 nanoMOFs)可以作为骨修复生长因子（BMP-2）及抗肿瘤小分子药物（顺铂）释放载体。该聚多巴胺杂化策略解决了ZIF -8在液体环境中不稳定的问题，且赋予其表面大量反应活性的酚羟基，为药物及蛋白固载提供活性位点，实现药物及蛋白高效稳定固载。

其次，将粘附性的载药pZIF-8 NPs与羟基磷灰石纳米颗粒（pHA NPs）交替组装在3D打印明胶支架表面，通过控制不同组分组装次序及层数，使得顺铂与BMP-2在支架中空间有序分布，实现肿瘤微环境响应的智能按需释放，肿瘤治疗与骨组织修复在时间和空间上相匹配，防止术后骨肿瘤复发。

（a）原位负载顺铂和BMP-2的pZIF-8 nanoMOFs，及聚多巴胺修饰羟基磷灰石纳米颗粒（pHA NPs）制备示意图。

（b）将载药pZIF-8 nanoMOFs与pHA NPs采用层自组装的方式组装在3D打印明胶支架表面，形成pZIF-8/pHA复合涂层修饰的明胶（pZIF-8/pHA-G）支架。

（c）pZIF-8/pHA-G支架在植入后，能够响应肿瘤微环境释放顺铂从而抑制肿瘤生长；同时，该支架能够保护BMP-2的活性，并缓释BMP-2来维持有效剂量从而实现骨缺损修复。

（a）PDA 调控纳米尺寸的pZIF-8 MOFs的形成示意图。

（b）pZIF-8 nanoMOFs和ZIF-8颗粒的TEM图像。插图表示pZIF-8 nanoMOFs分散液在激光照射下产生丁道尔效应，表明其在去离子水中分散均匀。

（c）pZIF-8 nanoMOFs的HAADF-STEM和EDS图谱。

（d）pZIF-8 nanoMOFs和ZIF-8颗粒的XRD图谱。

（e）pZIF-8 nanoMOFs和ZIF-8粒子的XPS光谱，以及pZIF-8 nanoMOFs的O1s的高分辨率XPS光谱。

（f）pZIF-8 nanoMOFs和ZIF-8颗粒的Zeta电位。

（g）pZIF-8 nanoMOFs和ZIF-8颗粒在77 K下的氮吸附-解吸等温线。

（h）模拟肿瘤微环境下pZIF-8 nanoMOFs的降解行为；（1）pZIF-8 nanoMOFs分散液在不同降解状态下的照片，（2）pZIF-8 nanoMOFs在不同缓冲液中的降解曲线。

（i）pZIF-8 nanoMOFs对顺铂和BMP-2的包封效率。

（j）CLSM显微照片显示了pZIF-8 nanoMOFs中封装的模型蛋白（罗丹明B标记的BSA，红色）的荧光。

（k）照片显示pZIF-8 nanoMOFs能够直接在各种基材表面粘附组装。

（a）照片显示（i）3D打印明胶支架，（ii）pZIF-8 nanoMOFs和pHA NPs组装后支架（pZIF-8/pHA-G），该支架具有良好的柔韧性，易于弯曲。

（b）纳米颗粒组装前后的支架表面的SEM图像及EDS图像。

（c）SEM分析支架表面的组装的pZIF-8/pHA复合涂层的厚度。

（d）pZIF-8/pHA复合涂层截面的EDS mapping图像。

（e）基于聚多巴胺辅助pZIF-8 nanoMOFs和pHA NPs 组装分子机理图。

（a）顺铂和BMP-2在支架表面的空间分布示意图。

（b）荧光图像显示了香豆素标记的顺铂（绿色）和罗丹明B标记的模型蛋白（BSA，红色）的在支架表面的分布情况。

（c）在不同缓冲液中顺铂（i）和BMP-2（ii）在pZIF-8/pHA-G支架表面的释放行为。

（d）SEM图像显示，pZIF-8/pHA-G支架在不同缓冲液（i，ii）PBS（pH 7.4）和（iii，iv）含有0.1 mM H2O2的PBS（pH 6.5）中浸泡7天和14天后的表面形貌的变化。

（a）4T1，（c）MG63，（e）Saos-2和（g）UMR-106细胞在不同支架表面培养3天后的活/死染色图像。绿色：活细胞；红色：死细胞。

（b，d，f，h）细胞在支架表面培养3天后，采用MTT测定不同支架表面的细胞活性。

（a）治疗后7天的小鼠体重变化曲线。

（b）治疗后7天的相对肿瘤生长曲线。

（c）在第7天不同治疗组小鼠肿瘤重量分析图

（d）在第7天带瘤小鼠的实物图像

（e）治疗7天后，取样肿瘤的实物图像。

（f）H&E染色，TUNEL染色和Ki67免疫荧光分析经不同治疗7天后肿瘤组织。S：支架，T：组织。

（a）激光共聚焦图像显示培养3天后BMSCs在不同支架上的生长情况。

（b）SEM图像显示BMSCs在pZIF-8/pHA-G支架表面铺展良好。

（c）在培养3、7天后，MTT法测定在不同支架表面的BMSCs的增殖情况。

（d）在培养7、14天后，在不同支架表面的BMSCs分泌的碱性磷酸酶（ALP）活性。

（e）在培养7、14天后，RT-PCR测定不同支架表面的BMSCs的RUNX2的基因表达。

（f）激光共聚焦图像显示培养14天后，不同支架表面的BMSCs的RUNX2荧光标记。

（a）支架植入兔股骨缺损处的手术过程图。

（b）植入12周后，不同支架治疗组的骨愈合率。

（c）植入后12周，不同支架组中骨组织的HE切片染色(c)， Masson染色(d)和OCN的免疫组化染色(e)。S：支架，FT：纤维组织，NB：新再生的骨。

该研究成果以“Bioinspired adhesive and tumor microenvironment responsive nanoMOFs assembled 3D-printed scaffold for anti-tumor therapy and bone regeneration”为题在线发表于《Nano Today》。西南交通大学姜亚楠博士、华南理工大学潘西满硕士、及广东省人民医院姚孟宇博士为论文共同第一作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目支持。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.nantod.2021.101182 

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