基于3D生物打印微针贴片负载藤黄酸-铁-阿霉素纳米酶通过铁死亡协同化疗增敏实现术后胶质瘤原位治疗

《Journal of Nanobiotechnology》：3D bioprinted microneedle patches loaded with gambogic acid-iron-doxorubicin nanozymes for postoperative glioma in situ therapy via ferroptosis synergistic chemosensitization

为解决胶质母细胞瘤术后化疗面临的血脑屏障限制和肿瘤化疗耐药难题，研究人员开发了负载藤黄酸-铁-阿霉素纳米酶（GFD）的3D生物打印微针贴片（MNs@GFD）。该研究通过多酶活性缓解肿瘤缺氧，同时通过铁死亡途径实现化疗增敏，在原位胶质瘤模型中显著抑制肿瘤复发，为术后局部化疗提供了新策略。

　　

胶质母细胞瘤（GBM）是中枢神经系统最常见的恶性肿瘤，因其侵袭性生长特性，手术难以完全切除，术后残留肿瘤细胞常导致复发。尽管术后放化疗是标准治疗方案，但血脑屏障（BBB）的存在严重限制了化疗药物在肿瘤部位的富集，同时肿瘤微环境（TME）中的缺氧等因素诱发的化疗耐药进一步削弱了治疗效果。因此，开发能够绕过BBB并克服化疗耐药的新型给药系统成为当前研究的热点。

在这项发表于《Journal of Nanobiotechnology》的研究中，研究人员设计了一种创新的治疗策略：利用3D生物打印技术制备负载藤黄酸-铁-阿霉素纳米酶（GAFe@DOX，GFD）的微针贴片（MNs@GFD），用于术后胶质瘤的原位治疗。该微针贴片可直接贴合于术后肿瘤残留腔，通过物理穿透方式绕过BBB，实现药物的局部持续释放。GFD纳米酶不仅具有多酶活性（过氧化物酶POD、氧化酶OXD、谷胱甘肽过氧化物酶GSH-Px和过氧化氢酶CAT样活性），能够缓解肿瘤缺氧并消耗谷胱甘肽（GSH），还能通过铁死亡途径增敏阿霉素（DOX）的化疗效果，形成"铁死亡-凋亡"的合成致死效应。

研究团队采用了几项关键技术方法：通过一步自组装法合成GFD纳米材料；利用投影式光固化3D生物打印技术制备具有特定几何参数的微针贴片；通过正交实验优化了载药微针的配方；使用原位胶质瘤小鼠模型（BALB/c裸鼠，GL261 murine glioma cell line）评估体内抗肿瘤效果；并采用转录组测序（RNA-seq）和多组学分析探讨分子机制。

3.1 GFD的合成、表征及pH响应药物释放特性

通过透射电镜（TEM）和扫描电镜（SEM）证实GFD呈球形，粒径20-40纳米，分散均匀。X射线光电子能谱（XPS）显示Fe²⁺/Fe³⁺共存，X射线衍射（XRD）证实Fe₃O₄磁性核结构。傅里叶变换红外光谱（FT-IR）验证了GA和DOX的成功负载。药物释放实验显示，在pH 6.5（模拟肿瘤微环境）条件下，72小时铁离子累积释放率达82%，显著高于pH 7.4条件下的55%，表明其具有pH响应释放特性。

3.2 GFD具有优异的多酶活性

研究表明GFD具有类过氧化物酶活性，能催化TMB和OPD底物产生显色反应。同时，GFD表现出强效的GSH消耗能力（30μg/mL GFD处理6小时，GSH消耗率达78%）。此外，GFD还具有类过氧化氢酶活性，能分解H₂O₂产生氧气，缓解肿瘤缺氧。这些酶活性共同作用，在肿瘤微环境中产生强烈的氧化应激。

3.3 3D生物打印GFD微针的流变学性质和物理表征验证

微针采用明胶甲基丙烯酰（GelMA）和甲基丙烯酰化透明质酸（HAMA）通过光交联制备，针高800微米，基底直径300微米，针尖曲率半径<20微米。扫描电镜显示内部多孔结构（孔径10-50微米），三维重建荧光成像证实药物分布均匀。力学测试表明单针抗压强度≥0.2N，能够穿透脑组织。溶胀实验显示在pH 6.5条件下溶胀比（182±12%）高于pH 7.4（145±8%），有利于肿瘤微环境中的药物释放。

3.4 GFD在体外通过铁死亡协同化疗增敏抑制胶质瘤

细胞实验表明GFD对GL261胶质瘤细胞的IC₅₀为79.2±2.5μg/mL，而对正常小鼠海马神经元细胞（HT22）在80μg/mL时存活率仍达83%，显示选择性毒性。划痕实验和克隆形成实验证实GFD显著抑制肿瘤细胞迁移和增殖。机制研究发现GFD处理导致活性氧（ROS）大量生成，线粒体膜电位下降，脂质过氧化增强，同时细胞内Fe²⁺水平升高。Western blot和免疫荧光显示GFD上调ACSL4、COX-2等促铁死亡蛋白，下调GPX4、FTH1等铁死亡抑制蛋白，表明铁死亡通路被激活。

3.5 GFD负载微针在原位胶质瘤模型中的体内抗肿瘤作用及铁死亡机制验证

动物实验显示，MNs@GFD治疗组小鼠肿瘤复发受到显著抑制，生存期延长。H&E染色显示治疗组肿瘤细胞密度降低，Ki67增殖指数下降，TUNEL凋亡增加。免疫组化证实GPX4表达下调，ACSL4表达上调，表明铁死亡通路在体内被激活。

3.6 GFD诱导胶质瘤细胞铁死亡的转录组测序和蛋白验证揭示核心通路调控

RNA-seq分析发现GFD处理组有1779个基因上调（如ACSL4、COX2），535个基因下调（如GPX4、FTH1）。KEGG富集分析显示铁死亡和氧化磷酸化通路显著富集。Western blot进一步验证了ACSL4（上调约2.8倍）、COX-2（上调约2.1倍）的表达增加，以及GPX4（下调约60%）、FTH1（下调约55%）的表达减少。

研究结论表明，MNs@GFD整合了局部给药、BBB绕过、缺氧缓解和铁死亡介导的化疗增敏等多种功能，为术后胶质瘤治疗提供了创新平台。该研究通过多酶活性纳米酶与化疗药物的协同作用，实现了对肿瘤细胞的多途径杀伤，同时微针贴片的局部应用提高了药物生物利用度并减少了全身毒性。虽然该策略对局部残留肿瘤显示良好效果，但研究者也指出，对于弥漫性浸润的肿瘤细胞，仍需结合其他系统治疗策略。这项研究为克服胶质瘤术后化疗耐药提供了新思路，具有重要的临床转化潜力。