Evaluation of the mechanisms and effects of Mg-Ag-Y alloy on the tumor growth and metastasis of the MG63 osteosarcoma cell line

鎂銀釔合金對(duì)MG63骨肉瘤細(xì)胞系腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的機(jī)制及效果評(píng)估

來(lái)源：Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials, volume 107B, issue 8, November 2019

《生物醫(yī)學(xué)材料研究B輯：應(yīng)用生物材料》，第107B卷，第8期，2019年11月

 

摘要

這篇論文研究了鎂銀釔合金（Ex-Mg-1Ag-1Y）對(duì)骨肉瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的影響。摘要指出，骨肉瘤是一種惡性原發(fā)性骨腫瘤，常伴隨肺轉(zhuǎn)移。鎂及其合金作為骨科植入材料具有生物可降解、促進(jìn)骨生成和抗腫瘤特性，但存在降解速率不可控和抗腫瘤機(jī)制不明的問(wèn)題。研究通過(guò)添加銀和釔元素提高合金的耐腐蝕性，并在裸鼠體內(nèi)植入實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，Ex-Mg-1Ag-1Y合金和純鎂均能抑制局部腫瘤生長(zhǎng)和肺轉(zhuǎn)移，其機(jī)制可能通過(guò)改變細(xì)胞外酸中毒微環(huán)境、提高鎂濃度、抑制C-X-C趨化因子受體4型（CXCR4）表達(dá)和增加前列環(huán)素（PGI2）合成實(shí)現(xiàn)。結(jié)果表明，Ex-Mg-1Ag-1Y合金因其更好的耐腐蝕性和抗腫瘤特性，有望成為治療骨肉瘤的骨科植入材料。

 

研究目的

研究目的是評(píng)估Ex-Mg-1Ag-1Y合金的腐蝕性能和抗腫瘤效果，特別是對(duì)骨肉瘤生長(zhǎng)和肺轉(zhuǎn)移的影響，并探討其潛在機(jī)制，以開(kāi)發(fā)具有抗腫瘤特性的骨科植入材料。

 

研究思路

研究思路是制備Ex-Mg-1Ag-1Y合金，通過(guò)X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）和能譜分析（EDS）表征其微觀結(jié)構(gòu)和相組成。進(jìn)行體外腐蝕測(cè)試（浸泡實(shí)驗(yàn)和電化學(xué)測(cè)量）評(píng)估合金的降解行為。建立裸鼠骨肉瘤模型，植入合金、純鎂和鈦合金，監(jiān)測(cè)腫瘤體積、重量和肺轉(zhuǎn)移情況。使用丹麥Unisense pH微電極測(cè)量腫瘤周圍pH值，ICP-AES檢測(cè)離子濃度。通過(guò)組織學(xué)分析（H&E染色）、免疫組化、Western blot和qRT-PCR評(píng)估相關(guān)蛋白和基因表達(dá)（如CXCR4、AKP），并檢測(cè)血液指標(biāo)（TXB2和6-keto-PGF1α）以闡明機(jī)制。

 

測(cè)量的數(shù)據(jù)及研究意義

1 合金微觀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)來(lái)自圖1，包括XRD圖譜、SEM和EDS分析。研究意義是確認(rèn)合金由鎂基體、Mg54Ag17和Ag2Y第二相組成，熱擠壓細(xì)化晶粒，提高耐腐蝕性，為后續(xù)性能測(cè)試提供材料基礎(chǔ)。

 

2 體外腐蝕行為數(shù)據(jù)來(lái)自圖2和圖3，包括pH變化、氫氣體積、重量變化和極化曲線。研究意義是顯示Ex-Mg-1Ag-1Y合金比純鎂具有更高腐蝕電位和更慢降解速率，釔形成保護(hù)性氧化膜（Y2O3和Y(OH)3），增強(qiáng)耐久性，支持其作為植入材料的可行性。

 

 

3 體內(nèi)腫瘤重量和體積數(shù)據(jù)來(lái)自圖4A、4C、4D。研究意義是證明Ex-Mg-1Ag-1Y合金和純鎂組腫瘤重量和相對(duì)體積顯著低于鈦合金組，表明鎂基材料能有效抑制局部腫瘤生長(zhǎng)。

 

4 pH值和離子濃度數(shù)據(jù)來(lái)自圖4E、4F、4G，使用丹麥Unisense pH微電極和ICP-AES測(cè)量。研究意義是顯示合金降解初期pH升高，后期穩(wěn)定，鎂和銀離子濃度 transient 增加，創(chuàng)造堿性微環(huán)境和高鎂濃度，抑制腫瘤細(xì)胞增殖。

5 X射線成像數(shù)據(jù)來(lái)自圖5。研究意義是直觀顯示合金植入36天后部分降解，純鎂降解更明顯，鈦合金無(wú)變化，驗(yàn)證合金在體內(nèi)的降解行為與體外一致。

 

6 局部腫瘤組織學(xué)數(shù)據(jù)來(lái)自圖6，包括H&E染色、免疫組化、TEM、qRT-PCR和Western blot。研究意義是證實(shí)合金組腫瘤細(xì)胞出現(xiàn)凋亡體，CXCR4和AKP表達(dá)下調(diào)，表明通過(guò)調(diào)節(jié)鈣信號(hào)和細(xì)胞凋亡抑制腫瘤。

 

7 肺轉(zhuǎn)移評(píng)估數(shù)據(jù)來(lái)自圖7，包括大體觀察、H&E染色、評(píng)分系統(tǒng)和分子檢測(cè)。研究意義是顯示合金組肺轉(zhuǎn)移結(jié)節(jié)數(shù)量和評(píng)分低于鈦合金組，但轉(zhuǎn)移組織中CXCR4和AKP無(wú)差異，表明合金主要影響局部而非遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。

 

8 血液指標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)自圖7G、7H，檢測(cè)TXB2和6-keto-PGF1α。研究意義是合金組TXB2/PGI2比率降低，表明前列環(huán)素增加，抑制血小板聚集和內(nèi)皮損傷，減少轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)。

 

結(jié)論

論文得出結(jié)論，Ex-Mg-1Ag-1Y合金相比純鎂具有更優(yōu)的耐腐蝕性，能有效抑制骨肉瘤局部生長(zhǎng)和肺轉(zhuǎn)移。其抗腫瘤機(jī)制涉及降解導(dǎo)致的堿性微環(huán)境、高鎂濃度拮抗鈣信號(hào)、下調(diào)CXCR4表達(dá)以及調(diào)節(jié)TXA2/PGI2平衡。該合金作為骨科植入材料，在治療骨肉瘤方面具有潛在臨床價(jià)值。

 

使用丹麥Unisense電極測(cè)量數(shù)據(jù)的研究意義

使用丹麥Unisense pH微電極測(cè)量的數(shù)據(jù)是腫瘤周圍微環(huán)境的pH值變化（圖4E），研究意義在于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)合金降解過(guò)程中局部pH的動(dòng)態(tài)變化，驗(yàn)證鎂基材料降解產(chǎn)生的OH-離子如何中和腫瘤酸中毒微環(huán)境。這種精確測(cè)量證實(shí)了堿性微環(huán)境的形成，直接關(guān)聯(lián)到腫瘤細(xì)胞凋亡和生長(zhǎng)抑制，為機(jī)制研究提供了關(guān)鍵證據(jù)。電極的高分辨率和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力確保了數(shù)據(jù)的可靠性，支持堿性微環(huán)境作為抗腫瘤策略的有效性，并強(qiáng)調(diào)合金降解的可控性在治療中的重要性。