双功能磁性介孔生物活性玻璃微球的研究

Mesoporous bioactive glass are very promising bioactive materials with respect to bone regeneration and drug delivery, however, mesoporous biological activity glass are not magnetic. The challenging issue is how to maintain sustained drug delivery and effective hyperthermia treatment from biomaterials at the same time in treating bone tumors. So this project intends to focus on two scientific problems: one is about how to prepare a bi-functional mesoporous bioactive glass microspheres for both hyperthermic and local drug delivery applications, in order to makes up for the inadequacy of the traditional carrier materials (such as SiO2); another is to combine hyperthermia therapy and local drug delivery to investigation the effects of bi-functional mesoporous bioactive glass microspheres on the bone tumor cells, and to reveal the reaction mechanism. The bi-functional mesoporous bioactive glass microspheres combined with hyperthermia therapy and local drug release properties, suitable for treating bone tumors in deep inside of body, might be able to improve healing ability upon the bone disease compared with single therapy method. This offers an ideal and effective alternative for patients with inoperable metastatic bone tumors. Therefore, it has important scientific significance and practical applications.

介孔生物活性玻璃具有有序的介孔结构及生物降解性与生物活性，在骨组织工程和药物传输领域具有重要的应用。但在联合热、化疗方法治疗骨肿瘤时，因介孔生物活性玻璃不具有磁性，无法对骨缺损部位进行热疗，起到杀死骨肿瘤细胞的作用。故如何有效地进行药物传输与骨缺损修复仍是骨肿瘤治疗中面临的重大难题。本项目重点解决两个科学问题：一通过调控磁性组分、玻璃组成合成具有核/壳结构的介孔生物活性玻璃微球载体材料，以解决骨肿瘤治疗中传统载体材料（如介孔SiO2）生物活性的不足；二通过联合药物治疗与热疗，考察微球对骨肿瘤细胞活性的影响，并阐明相关机理，以实现治疗与修复的双重作用。通过本项目的研究，可望合成一种双功能介孔生物活性玻璃微球载体材料，该材料结合了药物控释与局部热疗的双重功能，适用于身体深处的骨肿瘤治疗，可能为有效地弥补临床上单一骨肿瘤治疗方法的不足提供新思路及新材料。因此，具有重要的科学意义和应用价值。

磁性介孔生物玻璃微球因其具有有序的介孔结构、良好的生物活性和磁性能，故在骨组织工程和药物传输领域具有重要的应用，可以有效地弥补骨癌单一治疗的不足。本研究一方面通过调控掺杂金属离子的掺杂浓度合成具有介孔结构的生物活性玻璃微球，作为药物传输的载体材料及骨组织病灶部位的修复材料；另一方希望能通过联合药物治疗，考察介孔生物玻璃微球对骨肿瘤细胞活性的影响，并阐明相关机理，以实现治疗与修复的双重作用。研究发现介孔生物活性玻璃微球的磁热性能随着掺杂金属离子浓度的增强而增强。介孔生物活性玻璃微球的体外生物活性取决于其介孔结构与表面的OH-键，易与表面OH-成键的离子可诱导体外羟基磷灰石的形核使制备的微球具有高的体外生物活性（如Se4+离子）；微量金属离子（如稀土离子）的掺杂有助于微球体外生物活性，且其掺杂改性后的微球生物活性随着镧系收缩而降低。研究发现金属离子掺杂改性的介孔生物活性玻璃微球的体外药物释放性能符合Higuchi方程，离子的扩散系数越大，其药物释放速率越大；释放介质的pH越小，释放速率越快；适量稀土离子掺杂不仅使微球具有了缓释的效果还使微球具有减缓突释的作用。金属离子掺杂改性的微球对MG 63生物活性具有一定的影响，随着掺杂离子浓度的增加，MG 63细胞活性降低；而载药后微球对MG 63细胞的活性抑制作用更为明显。通过本项目的研究，合成了一种功能化的介孔生物玻璃材料微球，该材料结合了药物控释与骨组织修复的双重功能，适用于身体深处的骨癌治疗，可以为有效地弥补临床上单一骨癌治疗方法的不足而提供一种新思路及新材料。因此，具有重要的科学意义和应用价值。