《ADVANCES IN COLLOID AND INTERFACE SCIENCE》：Bioactive glasses in the new era: Technological advances and targeted therapies
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生物活性玻璃（BGs）作为多功能生物材料，在再生医学和癌症治疗中展现潜力。其通过离子释放调控细胞行为，结合纳米技术和3D打印增强应用效果，但临床转化仍面临挑战。
作者：Archita Gupta、Amal George Kurian、Shreyas Kumar Jain、Rajendra K. Singh、Hae-Won Kim
韩国丹丘大学组织再生工程研究所（ITREN），全罗南道天安市31116
摘要
生物活性玻璃（Bioactive Glasses, BGs）作为一种多功能生物材料，具有独特的治疗和靶向能力，为再生医学和疾病治疗提供了广阔的前景。本文回顾了BGs的发展历程，从传统的组织再生应用到其在先进治疗平台中的整合。首先探讨了支撑其生物活性和靶向功能的内在物理化学性质。最近的技术创新，包括纳米纤维支架、可注射制剂、纳米结构涂层、药物输送系统以及3D打印生物墨水，显著扩展了BGs的生物医学应用。体外和体内研究均表明，BGs能够在多种病理条件下促进组织再生，刺激骨形成同时抑制破骨细胞生成，并调节炎症、感染和缺血微环境。此外，基于BGs的系统通过可控的药物释放实现协同治疗效果。新兴研究强调了其在癌症治疗中的潜力，例如通过离子介导的细胞毒性、光热/光动力疗法和热疗等刺激响应方式，以及组合治疗策略。本文全面概述了BGs的治疗多样性和靶向功能，突显了其在下一代生物医学应用中的潜力。
引言
生物活性玻璃（BG）由Larry Hench及其同事于1969年首次开发，标志着生物材料科学领域的一个转折点[1]。与传统惰性植入物不同，BG能够通过形成碳酸氢基羟基磷灰石层直接与骨骼结合，这种层在化学和结构上与骨骼的矿物相相似[2]。这一突破使BGs被归类为生物活性材料，并开启了再生医学的新领域。过去五十年间，广泛的研究扩展了BGs的应用范围，使其成为软组织工程、伤口愈合以及近期癌症治疗中的有力工具[3],[4]。
BGs通常由二氧化硅（SiO?）、氧化钙（CaO）、氧化钠（Na?O）和五氧化二磷（P?O?）组成，其成分的不同可调节降解速率、生物活性和离子释放特性[5]。该领域最重要的进展之一是介孔BGs的开发，主要通过溶胶-凝胶技术结合表面活性剂模板法制备[6],[7]。这些玻璃具有高度有序的介孔结构，具有较大的表面积和孔隙体积，从而比熔融法制备的玻璃具有更好的药物装载能力和离子交换动力学[8]。因此，BGs成为整合药物输送、组织再生和靶向治疗的多功能平台的理想候选材料[9],[10]。
最初用于骨骼修复的BGs现已发展成为在再生医学和治疗输送领域具有广泛应用的多功能平台。其独特的成分（富含钙、钠和磷的硅基网络）促进了骨整合、血管生成和细胞刺激——这些都是组织再生的关键过程[11]。BGs通过释放治疗性离子（如Ca2?、Si??、Sr2?、Cu2?等）来调节与血管生成和骨形成相关的基因表达[12],[13],[14]。它们与硬组织和软组织形成强界面结合的能力被应用于多种临床场景，包括骨移植替代物、牙周再生和皮肤修复支架[15],[16]。将生物活性玻璃引入聚合物基质或可注射水凝胶进一步增强了其机械适应性和微创手术的适用性[17]。
最近，BGs的潜力被扩展到肿瘤学应用，尤其是在治疗骨肿瘤和癌症局部复发方面。BGs可作为化疗药物、抗生素或生物制剂的载体，实现可控和局部的药物输送，从而最小化全身毒性[18]。通过磁纳米粒子或光热剂（如铜、铁或铋掺杂系统）的功能化，BGs可用于磁热疗和光热疗法，其中外部刺激引起的靶向加热可以选择性地破坏癌细胞而不损伤周围组织[19],[20],[21]。此外，含有放射性核素（如钇）的BGs在近距离放射治疗和放射栓塞中得到应用，可在玻璃基质逐渐吸收的同时为肿瘤提供持续和局部的辐射剂量[22]。这些新兴应用符合多模式和个性化医学的发展趋势，即一个平台可以同时实现诊断、治疗和再生功能。
然而，尽管取得了这些有希望的进展，基于BGs的系统在软组织再生和癌症治疗中的临床转化仍处于早期阶段。根据2023年11月对
ClinicalTrials.gov的搜索结果，58项注册的BG相关试验中只有1项专注于软组织修复，而大多数涉及骨骼和牙科应用[11]。一些挑战阻碍了其更广泛的采用，包括长期生物相容性、免疫反应、制造可扩展性以及新型药物-设备组合产品的监管障碍。
本文全面分析了BGs在组织再生和癌症治疗中的现状、挑战和未来发展方向。重点讨论了BGs的新兴治疗和靶向功能，特别是其在先进技术平台（纳米纤维支架、可注射系统、3D打印生物墨水和药物输送系统）中的整合，以及其在软组织再生、免疫调节、感染控制和肿瘤治疗中的应用。重点关注离子介导的信号传导、免疫调节和外泌体介导的骨形成机制。本文有助于弥合技术进步与临床转化之间的差距，为基于BGs的靶向和组合疗法提供前瞻性视角。
节选内容
BGs如何提供治疗和靶向功能
BGs结合了治疗效果和部位特异性功能，使其成为先进生物医学干预的高度吸引人的平台（如图1所示）。其治疗潜力主要源于两个相互关联的机制：i) 释放生物活性离子，调节细胞行为和组织反应；ii) 作为治疗剂的局部和持续释放载体。
提升BGs性能和应用的技术进步
BGs工程材料经历了显著的技术进步，显著提高了其性能并扩展了其在组织工程和再生医学中的应用范围[11]。纳米工程、创新加工方法和新的支架制造技术对改善BGs的机械性能、生物活性和整体适用性发挥了关键作用[35]。这些发展使BGs从传统材料转变为多功能平台。
组织修复中的治疗效果：体外和体内证据
BGs在软组织和硬组织修复中发挥了多样且高效的作用。其临床效用基于多方面的治疗机制，包括促进细胞归巢、血管生成、抗菌作用和抗炎反应。BG成分和结构的可调性使其能够精确控制这些效果，使其适用于多种组织工程应用。
BGs在癌症治疗中的新兴应用
癌症仍然是全球最严重和致命的疾病之一。早期治疗通常需要手术，而晚期治疗则需要多模式策略，如化疗、放疗、热疗和靶向药物输送。然而，传统治疗方法（如化疗）受到全身毒性和对癌细胞与健康细胞非选择性的限制。这些限制推动了开发更先进、更具针对性的治疗方法的兴趣。
挑战、未来展望和结论
BGs自二十多年前开发以来，在组织工程和疾病治疗中获得了越来越多的关注。其创新性源于其独特的成分、易于功能化和可定制的特性。这些特点使BGs成为再生多种组织、控制药物输送甚至癌症治疗的理想平台。然而，在其广泛临床应用之前，仍存在若干挑战。
CRediT作者贡献声明
Archita Gupta：撰写初稿。
Amal George Kurian：撰写与编辑。
Shreyas Kumar Jain：撰写与编辑、监督、资源获取、概念构思。
Hae-Won Kim：撰写与编辑、可视化、监督、资源获取、概念构思。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了韩国丹丘大学（2025年优先研究所支持计划）的资助，并得到了国家研究基金会（NRF；#RS-2021-NR060095、#RS-2024-00348908、#RS-2023-00220408、#RS-2023-00247485、#RS-2025-25408965）的支持。
