外傷造成的骨缺損不可避免地伴隨著軟組織損傷。開發(fā)具有骨軟組織再生功能的多功能生物活性生物材料是骨科領(lǐng)域的必要和迫切需要。在這項(xiàng)工作中，研究者發(fā)現(xiàn)光活化 MXene (Ti
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x) 納米片對促進(jìn)骨和軟組織再生具有積極作用。我們進(jìn)一步研究了光激活 MXene 對組織再生的詳細(xì)作用和潛在機(jī)制。光活化MXene具有良好的熱效應(yīng)和強(qiáng)大的抗菌活性，可抑制炎癥因子和耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）感染的表達(dá)，并誘導(dǎo)促血管生成因子的表達(dá)和軟組織傷口修復(fù)。光激活MXene還可以通過ERK信號通路激活熱休克蛋白70（HSP70）并增強(qiáng)骨組織的修復(fù)來調(diào)節(jié)脂肪源性干細(xì)胞（ADSC）的成骨分化。這項(xiàng)工作揭示了生物活性 MXene 的光熱激活作為骨和軟組織同時(shí)再生的有效策略的開發(fā)。
Fig 1. MXene 納米片的表征。 （a）不同濃度的2D MXene納米片在808 nm（1.5 W/cm
2）激光照射下的光熱-加熱曲線。 (b) 100 μg/mL MXene 納米片分別在 0.5、0.75 和 1.5 W/cm
2 激光照射下的光熱-加熱曲線。 (c) MXene 納米片在五個(gè)激光照射周期下的開/關(guān)加熱曲線。 (d) 克隆和 (e) PBS 緩沖液和 50 μg/mL MXene 納米片在 808 nm 激光下 10 分鐘 (0.75 W/cm
2 ) 針對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和 MRSA 的活力 (*p < 0.05 ，**p < 0.01，n = 3)。
Fig 2. 細(xì)胞生物相容性和愈合。 (a) 分別與不同濃度的 MXene 孵育 24 小時(shí)和 48 小時(shí)后，C2C12 和 HUVEC 細(xì)胞的細(xì)胞活力。 (b) 在 808 nm 激光 (0.75 W/cm
2 ) 下用不同濃度的 MXene 納米片激光照射后 HUVEC 細(xì)胞的紅外熱圖像。 (c) 光熱處理的 MXene 孵育后 HUVEC 的細(xì)胞活力。(d)不同處理孵育0、12和24小時(shí)后HUVEC的遷移能力。 (e) (d) 的相對愈合率。 (f，g)不同處理的HUVEC中VEGF(f)和CD31(g)的相對表達(dá)。
Fig 3. 成骨分化評價(jià)。 (a) 分別在 7 天和 14 天通過 MXene 和 808 nm 激光照射成骨誘導(dǎo)后 ADSC 的 ALP 活性評估 (n = 3)。 (b) 不同處理孵育 14 天后 ADSC 的茜素紅染色 (ARS) 測定。 (c) (b) 的相對強(qiáng)度。 (d) 在 808 nm 激光照射下用 50 μg/mL MXene 納米片處理細(xì)胞溫度 10 分鐘。 （e，f）7 天和 14 天時(shí)通過 RT-PCR 檢測的成骨相關(guān)標(biāo)記基因（e）Bsp 和（f）RUNX2 的表達(dá)（n = 3）。 (g) 14天時(shí)不同處理誘導(dǎo)后RUNX2蛋白的免疫熒光染色；比例尺：200 μm。統(tǒng)計(jì)顯著性通過 Student t 檢驗(yàn)獲得，*p < 0.05、**p < 0.01 和 ***p < 0.001。
Fig 4. 激光照射下光熱MXene成骨分化的潛在分子機(jī)制分析。 (a)激光照射下MXene誘導(dǎo)成骨分化的分子機(jī)制示意圖。 (b) RT-PCR 不同處理誘導(dǎo)后 HSP70 的表達(dá)。 (c) 14 天不同處理誘導(dǎo)后，β-肌動蛋白、HSP70、p-ERK 和 ERK 的蛋白質(zhì)印跡分析。 (d) HSP70 和 (e) p-ERK 的定量數(shù)據(jù)為平均值 ± SD (n = 3)。 (f) 7 天不同處理誘導(dǎo)后 p-ERK 和 ERK 的蛋白質(zhì)印跡分析。 (g) p-ERK 的定量數(shù)據(jù)為平均值 ± SD (n = 3)。 (h) 不同處理成骨誘導(dǎo)后 ADSC 的 ALP 活性。 （i，j）通過不同處理誘導(dǎo)7天后，通過RT-PCR檢測ADSC中（i）RUNX2和（j）Bsp的表達(dá)。統(tǒng)計(jì)顯著性通過 Students’ t-test獲得，*p < 0.05、**p < 0.01 和 ***p < 0.001。
Fig 5. 光激活 MXene 納米片可增強(qiáng)體內(nèi)骨再生。 (a)整個(gè)動物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)流程示意圖。 (b) 對照組和 MXene 組顱骨缺損大鼠經(jīng)光熱治療（0.75 W/cm
2，10 分鐘）的熱像圖。(c) MXene 和 NIR 治療第 4 周和第 6 周后顱骨缺損的顯微計(jì)算機(jī)斷層掃描 (micro-CT) 圖像。 (d) 顱骨缺損的新骨形成率和 (e) 小梁厚度，基于顯微 CT 掃描信息，*p < 0.05 和 **p < 0.01。 (f) H&E 染色，用于第 4 周和第 6 周時(shí)的形態(tài)學(xué)評估。
Fig 6. MRSA 感染的傷口在體內(nèi)愈合。 (a)整個(gè)動物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)流程示意圖。 (b) 第 0、3、7 和 14 天時(shí)代表性皮膚傷口的圖像。 (c) 不同治療后的相對傷口面積大小。 (d) 不同治療方法傷口閉合的完整時(shí)間。 (e) 第 3 天和第 7 天進(jìn)行不同處理后從均質(zhì)感染組織中分離出的 MRSA 菌落圖像。(f) 用不同樣品處理后針對 MRSA 的細(xì)菌活力。 (g)不同處理后14天傷口的H&E染色，并統(tǒng)計(jì)14天時(shí)的(h)傷口長度和(i)表皮厚度；比例尺 = 500 μm（L）和 100 μm（H）。統(tǒng)計(jì)顯著性通過 Student’ t-test獲得，*p < 0.05、**p < 0.01 和 ***p < 0.001。
Fig 7. 免疫熒光分析。 (a) 7天時(shí)CD31和VEGF的免疫熒光圖像；比例尺 = 100 μm。 (b) (a) 的熒光強(qiáng)度。 (c) 3天時(shí)IL-6和TNF-α的免疫熒光圖像；比例尺 = 100 μm。 (d)(c)的熒光強(qiáng)度分析。統(tǒng)計(jì)顯著性通過 Students’ t-test獲得，*p < 0.05、**p < 0.01 和 ***p < 0.001。
相關(guān)研究工作由西安交通大學(xué)Bo Lei課題組于2023年在線發(fā)表在《ACS NANO》期刊上，原文：Photoactivated MXene Nanosheets for Integrated Bone–Soft Tissue Therapy: Effect and Potential Mechanism。
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c10103
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
