综述：高灵敏度压电纳米材料在肿瘤治疗中的机制、优化策略及应用

《Materials Today Bio》：Mechanisms, Optimization Strategies, and Applications of Highly Sensitive Piezoelectric Nanomaterials in Tumor Therapy

本研究提出一种新型生物制造策略，通过整合电纺、嵌入式数字光处理（DLP）和挤出式生物打印技术，开发了聚脲（PU）/改性丝绸纤维蛋白（Sil-MA）/脱细胞食管细胞外基质（EdECM）复合支架。该支架通过PU纳米纤维提供弹性基础，嵌入DLP技术调控Sil-MA分布以增强机械性能，并利用EdECM促进细胞粘附和组织再生。实验证明，复合支架显著提高了力学强度（达6537±544.3 kPa）、水接触角（72.95°）和细胞分化效率，并在动物模型中成功恢复食管平滑肌再生（α-SMA表达提升）和神经功能（GFAP阳性神经再生），同时减少炎症反应（CD68阳性细胞减少）和纤维化风险。该技术为临床食管重建提供了创新解决方案。

　　这项研究提出了一种创新的生物制造策略，旨在开发人工食管支架，以解决当前食管重建技术中存在的机械性能不足、组织整合度低和功能再生不充分等问题。通过整合静电纺丝、嵌入数字光处理（DLP）和基于挤出的生物打印技术，研究团队成功构建了一种具有优异性能的复合支架，该支架由弹性静电纺丝聚氨酯（PU）纳米纤维组成，其中嵌入了经过甲基丙烯酸酯修饰的蚕丝蛋白（Sil-MA），并覆盖了脱细胞食管细胞外基质（EdECM）。这种新型支架在体外和体内评估中展现出显著的机械性能、增强的细胞粘附性以及对平滑肌和上皮组织再生的促进作用，从而为食管再生提供了可行的解决方案。

传统的食管重建方法，如胃上提术或肠移植，虽然能够恢复消化道的连续性，但往往伴随严重的并发症，包括运动功能障碍、坏死、吞咽困难和长期患者不适。这些问题凸显了开发能够有效解决这些局限性的人工食管的迫切需求。当前的人工食管材料，如聚乙醇酸（PGA）和聚己内酯（PCL），虽然提供了必要的结构支持，但其硬度与天然食管组织不匹配，容易引发炎症反应和吻合口漏。因此，研究者开始探索将合成材料与天然材料结合的混合策略，以及利用干细胞或上皮细胞进行细胞播种的方法，以提高人工食管的功能性。

研究团队提出了一种结合静电纺丝、嵌入DLP和挤出生物打印的综合方法。静电纺丝技术被用于制造PU纳米纤维层，其优异的弹性、柔韧性和生物相容性能够模拟天然食管组织的机械特性。为了增强支架的机械强度和亲水性，Sil-MA被嵌入PU层中，并通过DLP技术进行图案化光聚合，使得材料能够在特定位置进行精确的交联。这种嵌入式DLP方法不仅提供了垂直和横向的结构渗透，还允许形成复杂的微结构，从而提升支架的结构完整性和机械性能。此外，通过挤出生物打印技术将EdECM沉积在PU/Sil-MA支架表面，提供了生物活性和组织特异性，为细胞的粘附、增殖和再生提供了微环境。

在材料制备过程中，PU被溶解在二甲基甲酰胺（DMF）中，通过静电纺丝工艺制成纳米纤维。Sil-MA的制备则涉及将蚕丝蛋白溶解在氢氧化锂（LiBr）溶液中，并通过甲基丙烯酸酯（GMA）进行改性，以提高其生物活性和机械性能。EdECM则通过从猪食管组织中提取并进行脱细胞处理，最终获得的脱细胞基质被用于生物打印。这些材料的理化性质和流变特性通过核磁共振（NMR）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）等方法进行了评估，以确保其结构和功能的稳定性。

在支架的结构和性能测试中，通过扫描电子显微镜（SEM）观察了支架的微观结构，结果显示嵌入Sil-MA的PU/Sil-MA支架具有更清晰的网格图案，并且在不同孔径设计下表现出不同的机械性能。具体而言，较小的孔径设计使得支架的拉伸强度和模量显著提升，而结合EdECM的PU/Sil-MA/EdECM支架则在机械性能和亲水性方面表现出更优的结果。通过拉伸试验和水接触角测量，研究团队验证了这些支架在机械强度和表面润湿性方面的优势。

在细胞响应评估方面，骨髓间充质干细胞（BMMSCs）被用于测试支架的生物相容性和促进细胞粘附的能力。结果显示，PU/Sil-MA/EdECM支架能够显著促进细胞的粘附和增殖，尤其是在纤维连接蛋白（fibronectin）和vinculin的表达方面，表现出更高的细胞-基质相互作用。此外，通过免疫荧光和实时定量聚合酶链反应（RT-PCR）分析，研究团队进一步确认了支架对平滑肌细胞分化和上皮组织再生的促进作用，表明该支架在模拟天然食管组织的再生过程中具有重要作用。

在动物实验中，研究团队采用8周龄的Sprague-Dawley大鼠作为模型，评估了PU、PU/Sil-MA和PU/Sil-MA/EdECM支架在食管部分缺损模型中的性能。术后观察显示，所有实验组均表现出良好的体重恢复和行为状态，而PU/Sil-MA/EdECM支架组的恢复情况优于其他组别。通过对比剂吞咽试验和微CT分析，研究人员确认了支架的完整性，未发现渗漏或狭窄现象。组织学分析进一步显示，PU/Sil-MA/EdECM支架能够促进肌肉层和上皮层的再生，并减少炎症反应，从而有效恢复食管的正常功能。

此外，研究还评估了支架对神经再生和肌肉收缩能力的影响。GFAP免疫染色结果显示，PU/Sil-MA/EdECM支架组的迷走神经表达显著增加，表明该支架能够促进神经再生。在肌肉收缩测试中，植入PU/Sil-MA/EdECM支架的大鼠表现出更强的肌肉收缩能力，这表明该支架不仅能够促进肌肉再生，还能恢复正常的蠕动功能。这些结果进一步支持了该支架在功能性再生方面的潜力。

在血管生成和炎症反应方面，研究团队发现PU/Sil-MA/EdECM支架组表现出显著增强的新生血管形成，以及较低的巨噬细胞浸润，这表明该支架能够促进组织修复并减少慢性炎症。此外，该支架组中抗炎因子IL-10和TGF-β1的表达显著增加，而与纤维化相关的基因表达则明显降低，进一步证明了其抗纤维化特性。

总体而言，这项研究通过整合多种生物制造技术，开发了一种具有优异机械性能、亲水性和生物活性的复合支架，为食管重建提供了新的解决方案。研究结果表明，该支架不仅能够促进组织再生，还能有效恢复食管的功能，同时减少术后并发症。未来的研究将聚焦于进一步优化支架设计，并评估其在临床应用中的长期效果，以推动再生医学领域的发展。