外伤造成的骨缺损不可避免地伴随着软组织损伤。开发具有骨软组织再生功能的多功能生物活性生物材料是骨科领域的必要和迫切需要。在这项工作中，研究者发现光活化 MXene (Ti₃C₂T_x) 纳米片对促进骨和软组织再生具有积极作用。我们进一步研究了光激活 MXene 对组织再生的详细作用和潜在机制。光活化MXene具有良好的热效应和强大的抗菌活性，可抑制炎症因子和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）感染的表达，并诱导促血管生成因子的表达和软组织伤口修复。光激活MXene还可以通过ERK信号通路激活热休克蛋白70（HSP70）并增强骨组织的修复来调节脂肪源性干细胞（ADSC）的成骨分化。这项工作揭示了生物活性 MXene 的光热激活作为骨和软组织同时再生的有效策略的开发。

 
Fig 1. MXene 纳米片的表征。 （a）不同浓度的2D MXene纳米片在808 nm（1.5 W/cm²）激光照射下的光热-加热曲线。 (b) 100 μg/mL MXene 纳米片分别在 0.5、0.75 和 1.5 W/cm² 激光照射下的光热-加热曲线。 (c) MXene 纳米片在五个激光照射周期下的开/关加热曲线。 (d) 克隆和 (e) PBS 缓冲液和 50 μg/mL MXene 纳米片在 808 nm 激光下 10 分钟 (0.75 W/cm² ) 针对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和 MRSA 的活力 (*p < 0.05 ，**p < 0.01，n = 3)。

    
Fig 2. 细胞生物相容性和愈合。 (a) 分别与不同浓度的 MXene 孵育 24 小时和 48 小时后，C2C12 和 HUVEC 细胞的细胞活力。 (b) 在 808 nm 激光 (0.75 W/cm² ) 下用不同浓度的 MXene 纳米片激光照射后 HUVEC 细胞的红外热图像。 (c) 光热处理的 MXene 孵育后 HUVEC 的细胞活力。(d)不同处理孵育0、12和24小时后HUVEC的迁移能力。 (e) (d) 的相对愈合率。 (f，g)不同处理的HUVEC中VEGF(f)和CD31(g)的相对表达。

 
Fig 3. 成骨分化评价。 (a) 分别在 7 天和 14 天通过 MXene 和 808 nm 激光照射成骨诱导后 ADSC 的 ALP 活性评估 (n = 3)。 (b) 不同处理孵育 14 天后 ADSC 的茜素红染色 (ARS) 测定。 (c) (b) 的相对强度。 (d) 在 808 nm 激光照射下用 50 μg/mL MXene 纳米片处理细胞温度 10 分钟。 （e，f）7 天和 14 天时通过 RT-PCR 检测的成骨相关标记基因（e）Bsp 和（f）RUNX2 的表达（n = 3）。 (g) 14天时不同处理诱导后RUNX2蛋白的免疫荧光染色；比例尺：200 μm。统计显着性通过 Student t 检验获得，*p < 0.05、**p < 0.01 和 ***p < 0.001。

 
Fig 4. 激光照射下光热MXene成骨分化的潜在分子机制分析。 (a)激光照射下MXene诱导成骨分化的分子机制示意图。 (b) RT-PCR 不同处理诱导后 HSP70 的表达。 (c) 14 天不同处理诱导后，β-肌动蛋白、HSP70、p-ERK 和 ERK 的蛋白质印迹分析。 (d) HSP70 和 (e) p-ERK 的定量数据为平均值 ± SD (n = 3)。 (f) 7 天不同处理诱导后 p-ERK 和 ERK 的蛋白质印迹分析。 (g) p-ERK 的定量数据为平均值 ± SD (n = 3)。 (h) 不同处理成骨诱导后 ADSC 的 ALP 活性。 （i，j）通过不同处理诱导7天后，通过RT-PCR检测ADSC中（i）RUNX2和（j）Bsp的表达。统计显着性通过 Students’ t-test获得，*p < 0.05、**p < 0.01 和 ***p < 0.001。

       
Fig 5. 光激活 MXene 纳米片可增强体内骨再生。 (a)整个动物实验设计流程示意图。 (b) 对照组和 MXene 组颅骨缺损大鼠经光热治疗（0.75 W/cm²，10 分钟）的热像图。(c) MXene 和 NIR 治疗第 4 周和第 6 周后颅骨缺损的显微计算机断层扫描 (micro-CT) 图像。 (d) 颅骨缺损的新骨形成率和 (e) 小梁厚度，基于显微 CT 扫描信息，*p < 0.05 和 **p < 0.01。 (f) H&E 染色，用于第 4 周和第 6 周时的形态学评估。

       
Fig 6. MRSA 感染的伤口在体内愈合。 (a)整个动物实验设计流程示意图。 (b) 第 0、3、7 和 14 天时代表性皮肤伤口的图像。 (c) 不同治疗后的相对伤口面积大小。 (d) 不同治疗方法伤口闭合的完整时间。 (e) 第 3 天和第 7 天进行不同处理后从均质感染组织中分离出的 MRSA 菌落图像。(f) 用不同样品处理后针对 MRSA 的细菌活力。 (g)不同处理后14天伤口的H&E染色，并统计14天时的(h)伤口长度和(i)表皮厚度；比例尺 = 500 μm（L）和 100 μm（H）。统计显着性通过 Student’ t-test获得，*p < 0.05、**p < 0.01 和 ***p < 0.001。

 
Fig 7. 免疫荧光分析。 (a) 7天时CD31和VEGF的免疫荧光图像；比例尺 = 100 μm。 (b) (a) 的荧光强度。 (c) 3天时IL-6和TNF-α的免疫荧光图像；比例尺 = 100 μm。 (d)(c)的荧光强度分析。统计显着性通过 Students’  t-test获得，*p < 0.05、**p < 0.01 和 ***p < 0.001。
 
       相关研究工作由西安交通大学Bo Lei课题组于2023年在线发表在《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

转自《石墨烯研究》公众号