《Materials & Design》：BRNPs/SiO
2 mixture for treating radiation-induced skin injury via alleviating oxidative stress and promoting skin repair
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放疗是当前恶性肿瘤临床治疗的主要手段之一，在多种实体瘤的综合管理中发挥着不可或缺的作用。然而，电离辐射在有效杀伤肿瘤细胞的同时，不可避免地会对周围正常组织造成不同程度的损伤，引发一系列急性或慢性不良反应。皮肤作为人体最大的器官及抵御外界理化刺激和病原入侵的首要
放疗是当前恶性肿瘤临床治疗的主要手段之一，在多种实体瘤的综合管理中发挥着不可或缺的作用。然而，电离辐射在有效杀伤肿瘤细胞的同时，不可避免地会对周围正常组织造成不同程度的损伤，引发一系列急性或慢性不良反应。皮肤作为人体最大的器官及抵御外界理化刺激和病原入侵的首要物理屏障，对辐射暴露尤为敏感，因此是放疗过程中最常受累的组织之一。据报道，约95%接受放疗的癌症患者会出现不同程度的放射性皮肤损伤（radiation-induced skin injury，RISI），约10%的患者出现中重度放射性皮炎。与普通伤口不同，放射性皮肤损伤通常更难治愈且愈合延迟，其临床表现包括红斑、干性或湿性脱屑、水肿及难治性溃疡，严重者可进展为皮肤坏死或继发性皮肤恶性肿瘤。这些病理改变显著损害患者的生活质量，并可能需要减量或中断治疗，最终影响疗效。因此，开发安全有效的RISI防治干预策略具有重要的临床必要性和研究意义。天然产物因其强效的抗氧化、抗炎及促组织修复特性，被认为是RISI管理的候选药物。其中，小檗碱（berberine，BBR）和白藜芦醇（resveratrol，Res）表现出显著的抗菌、抗炎及抗氧化能力，但二者均存在水溶性差、理化稳定性低、体内代谢快及生物利用度有限等缺点，严重阻碍了其临床转化与应用。纳米药物递送系统为改善天然药物的溶解性和体内利用度提供了有效策略。其中，完全源自天然产物的自组装纳米粒日益受到关注，该系统无需额外载体、制备条件温和环保，并具有载药量高、生物相容性好、可降解性可调及潜在协同药理效应等优势。基于此，本研究合理设计并开发了自组装BBR-Res纳米粒（BRNPs），利用两分子间的非共价相互作用构建稳定纳米结构，以期同时改善其溶解度和生物利用度，并实现抗炎与抗氧化的联合效应，从而增强对放射性皮肤损伤的治疗效果。此外，介孔二氧化硅纳米粒（mesoporous silica nanoparticles，MSNs）是组织工程和再生医学中成熟的平台，具有促进细胞增殖和血管生成、加速伤口愈合的能力。因此，本研究旨在系统评估BRNPs的理化性质和生物活性，及其与MSNs联合应用于RISI治疗的效果，为开发基于生物材料的RISI防护与治疗策略提供有价值的见解。
一、研究背景与科学问题
放射治疗是恶性肿瘤综合治疗的核心手段之一，但电离辐射在杀伤肿瘤细胞的同时不可避免地损伤周围正常组织。皮肤作为人体最大器官和首要物理屏障，对辐射高度敏感，是放疗中最常受累的组织。约95%接受放疗的癌症患者会出现不同程度的放射性皮肤损伤（radiation-induced skin injury，RISI），其中约10%发展为中重度放射性皮炎。与普通伤口不同，RISI通常更难治愈且愈合延迟，临床表现为红斑、干性或湿性脱屑、水肿及难治性溃疡，严重者可进展为皮肤坏死或继发性皮肤恶性肿瘤。这些病理改变不仅显著损害患者生活质量，还可能导致放疗减量或中断，最终影响抗肿瘤疗效。因此，开发安全有效的RISI防治策略具有重要的临床意义。
天然产物因其抗氧化、抗炎及促组织修复特性而被视为RISI管理的候选药物。小檗碱（berberine，BBR）和白藜芦醇（resveratrol，Res）均具有显著的抗菌、抗炎及抗氧化能力，但二者存在水溶性差、理化稳定性低、体内代谢快及生物利用度有限等缺陷，严重制约其临床转化。纳米药物递送系统为改善天然药物溶解性和体内利用度提供了有效策略，其中完全由天然产物分子自组装形成的纳米粒无需额外载体，具有制备条件温和、载药量高、生物相容性好等优势。基于结构相似性，研究人员推测Res可通过氢键和π–π堆积等作用力与BBR自组装形成稳定纳米结构。同时，针对RISI复杂创面微环境所涉及的持续炎症、血管生成受损和组织再生缺陷，介孔二氧化硅纳米粒（mesoporous silica nanoparticles，MSNs）作为组织工程和再生医学中的成熟平台，具有促进细胞增殖和血管生成的潜力。因此，本研究旨在构建BBR-Res自组装纳米粒（BRNPs），并评估其与MSNs联合应用于RISI治疗的效果。
二、研究内容与主要结论
研究人员通过一锅法自组装策略制备了BRNPs，并通过溶胶–凝胶法和煅烧制备了介孔SiO2纳米粒，随后将二者以1:30质量比物理混合形成BRNPs/SiO2混合物。体外实验表明，BRNPs/SiO2混合物具有良好的生物相容性，能有效清除自由基、降低辐射诱导的细胞内活性氧（reactive oxygen species，ROS）水平、减轻DNA双链损伤、抑制细胞凋亡，并促进成纤维细胞迁移和内皮细胞血管生成。机制研究表明，BRNPs主要通过抗氧化和抗炎调控发挥作用，而SiO2则支持细胞增殖、迁移和血管生成相关信号，二者通过互补机制构建促再生微环境。在小鼠RISI模型中，BRNPs/SiO2混合物显著加速伤口愈合，恢复皮肤屏障功能，促进血管生成和M2型巨噬细胞极化，且未观察到明显全身毒性。该研究为RISI的临床管理提供了一种有前景的纳米医学策略。
三、主要关键技术方法
本研究采用的主要技术方法包括：动态光散射（DLS）和透射电子显微镜（TEM）用于纳米粒粒径和形貌表征；傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和核磁共振氢谱（1H NMR）用于分析分子间相互作用；全原子分子动力学（MD）模拟用于阐明自组装机制；CCK-8法和FDA/PI双染用于细胞毒性评估；Transwell实验用于细胞迁移能力检测；DPPH和ABTS自由基清除实验用于抗氧化活性评估；DCFH-DA荧光探针和γ-H2AX免疫荧光染色分别用于细胞内ROS和DNA损伤检测；流式细胞术用于细胞摄取、凋亡及巨噬细胞极化分析；ELISA和q-PCR用于炎症因子和血管生成相关基因表达检测；小鼠后肢局部X射线照射（20 Gy）建立RISI模型，结合H&E、Masson染色及免疫荧光染色进行组织学分析。动物实验经绵阳市中心医院实验动物伦理委员会批准（A20240186-01），小鼠购自江苏集萃药康生物科技股份有限公司。
四、研究结果
4.1 BRNPs和SiO2纳米粒的制备与形貌表征
通过纳米沉淀驱动的自组装策略成功制备了BRNPs，TEM显示其为球形、平均直径约100 nm，DLS测得水合粒径为89.3 nm，多分散指数（PDI）为0.14，且在7天内保持良好的胶体稳定性。SiO2纳米粒呈介孔结构，粒径约50 nm。FT-IR和1H NMR分析表明，BBR与Res之间通过氢键、π–π堆积和静电相互作用驱动自组装。MD模拟进一步证实，疏水相互作用和π–π堆积在自组装过程中占主导地位，氢键起次要稳定作用。
4.2 BRNPs/SiO2混合物的生物安全性及降低辐射后细胞凋亡的能力
CCK-8实验显示，在一定浓度范围内BRNPs和SiO2处理后细胞存活率均高于90%，FDA/PI双染结果与之一致，表明材料具有良好的生物相容性。细胞摄取实验显示DiD标记的BRNPs主要分布于核周区域，流式细胞术进一步确认了其有效内化。凋亡实验表明，辐射诱导31.42%的NIH-3T3细胞凋亡，而BRNPs和BRNPs/SiO2混合物处理分别将凋亡率降至15.16%和6.91%，显著减轻了辐射诱导的成纤维细胞损伤。
4.3 BRNPs/SiO2混合物促进体外细胞垂直迁移和血管生成
Transwell实验表明，辐射显著抑制成纤维细胞迁移，BRNPs和SiO2单独处理均能一定程度促进迁移，而BRNPs/SiO2混合物组的迁移细胞数量最多。管形成实验显示，BRNPs/SiO2混合物处理的人脐静脉内皮细胞（HUVECs）形成致密连续的蜂窝状网络结构，分支数量和总分支长度约为空白组的1.6倍，表明其能有效诱导血管生成。
4.4 BRNPs/SiO2混合物促进M2型巨噬细胞极化并减轻辐射诱导的细胞损伤和ROS生成
流式细胞术分析显示，BRNPs/SiO2混合物显著增加M2型巨噬细胞比例。ELISA结果显示，BRNPs降低促炎细胞因子IL-6分泌并增加抗炎细胞因子IL-10产生；SiO2增强血管生成和组织重塑相关基因（Vegfa、Pdgfb、Mmp9）表达，BRNPs/SiO2混合物对炎症因子和促血管生成基因的调控最为显著。抗氧化实验表明，BRNPs对ABTS和DPPH自由基的清除率分别约为63.8%和48.5%。ROS荧光染色显示，BRNPs/SiO2预处理显著降低辐射后的细胞内ROS水平；γ-H2AX免疫荧光染色显示，BRNPs/SiO2混合物有效减轻辐射诱导的DNA双链损伤。
4.5 BRNPs/SiO2混合物在体内加速伤口愈合
在小鼠RISI模型中，RT组伤口在整个观察期内呈现溃疡和延迟愈合状态，而BRNPs/SiO2混合物组从第7天起即表现出更高的伤口闭合率，至第14天接近完全愈合。血清生化参数（ALT、AST、LDH、UA）和主要器官H&E染色均未显示明显异常，血常规指标保持在正常生理范围内，表明材料在体内具有良好的生物相容性和安全性。
4.6 BRNPs/SiO2混合物促进体内血管生成和M2型巨噬细胞极化
H&E和Masson染色显示，BRNPs/SiO2混合物组表皮完整、厚度接近正常皮肤，胶原纤维排列有序且数量增加，并伴有毛囊再生。CD31和VEGF免疫荧光染色显示，BRNPs/SiO2混合物组荧光信号显著增强，表明其有效诱导损伤部位血管生成。CD86和CD206免疫荧光染色显示，BRNPs/SiO2处理显著降低CD86阳性巨噬细胞表达并增加CD206阳性巨噬细胞表达，证实其促进巨噬细胞向抗炎M2表型极化。
五、讨论与结论
本研究针对放射性皮肤损伤所涉及的氧化应激、DNA损伤、慢性炎症、血管生成受损及再上皮化延迟等复杂病理特征，构建了天然产物来源的自组装纳米粒系统BRNPs并与SiO2纳米粒联合应用。研究结果表明，BRNPs/SiO2混合物通过清除ROS、减轻DNA损伤、抑制细胞凋亡、促进成纤维细胞迁移和血管生成，以及调控巨噬细胞向M2表型极化等多重机制，在体内外均表现出显著的促组织修复效果。BRNPs主要贡献抗氧化和抗炎调控功能，而SiO2支持细胞增殖、迁移和血管生成相关信号，二者通过互补机制构建有利于组织修复的促再生微环境。研究结论指出，BRNPs/SiO2混合物在体外和体内均表现出优异的生物相容性和安全性，是一种有前景的RISI临床管理纳米医学策略。未来研究纳入非照射伤口对照将有助于进一步阐明BRNPs/SiO2在普通伤口与放射性伤口之间是否存在差异化疗效。
