IF=10.5 BioTNT助力生物医疗研究：氧化锰包覆镁基植入体通过电荷转移干扰实现抗骨肉瘤与生物膜清除

2026年1月，郑州大学材料科学与工程学院 & 河南省先进轻合金重点实验室、

郑州大学第一附属医院转化医学中心、中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷与超微结构国家重点实验室、中国医学科学院重大疾病特异性治疗纳米催化医学研究单元在国际期刊《Materials Today Bio》上发表的，题为“MnOx-Armored Magnesium Implants for Anti-Osteosarcoma and Biofilm Eradication by Charge-Transfer Interference”的论文。于佳男、贾少圣、孙荣邦、张彤、蔡昕原、关绍康为第一作者，宋曼丽、陈岚、林翰为通讯作者。

摘要：

骨肉瘤术后常见的肿瘤复发和细菌感染问题，对先进骨植入材料提出了更高需求。尽管镁及其合金被视为下一代骨植入物的理想候选材料，但由于耐腐蚀性不足，其临床应用仍受限。本研究通过热处理在ZE21C合金表面制备了具有不同Mn³?/Mn²?比例的氧化锰（MnOx）纳米涂层，有效提升了材料的耐腐蚀性能。该MnOx纳米涂层由多种不同Mn³?/Mn²?比例的半导体构成，热处理后带隙较窄的Mn?O?成为主导相，显著优化了材料的光热转换性能。体内外实验表明，具有较高Mn³?/Mn²?比例的样品能够破坏氧化还原稳态，诱导生物膜脂质过氧化。此外，半导体中的价电子可在近红外光照射下被激发产生光生载流子，与黏附的肿瘤细胞及细菌形成跨膜电子传递通道，导致膜结构破坏，从而实现持续的抗细菌与抗肿瘤效应。经MnOx纳米涂层改性的镁合金还展现出优异的生物相容性，不会抑制正常细胞的线粒体功能。该研究为开发用于骨肉瘤术后治疗的智能骨组织工程材料提供了更广泛的选择和切实可行的解决方案。

2.6. 体外抗肿瘤实验

采用人骨肉瘤细胞（143B，RRID：CVCL_2270，中国科学院上海生命科学研究院细胞库）评估样品的抗肿瘤性能。细胞培养基成分为：89% Modified Eagle培养基（MEM，Gibco，Thermo Fisher Scientific Inc.，美国）、10%胎牛血清、0.015 mg/mL 5-溴-2′-脱氧尿苷（Solarbio，中国）和1%青霉素/链霉素混合液。细胞培养与传代步骤如第2.5节所述。将143B细胞接种于样品表面培养特定时间后，在培养结束时分为两组：无激光组（-NIR）和激光组（+NIR，1.00 W cm?²，5分钟）。以每孔5.0×10?个细胞的密度将143B细胞接种于24孔板，培养4天后进行细胞增殖和活力状态检测，分别采用CCK-8检测法和细胞活/死染色试剂盒（Calcein-AM：1 μM，PI：5 μM，Solarbio，中国）进行评估，并按照染色和荧光显微镜观察（Eclipse Ti，Nikon，日本）的操作流程进行。培养2天的143B细胞中线粒体膜电位和细胞内活性氧的变化分别采用JC-1检测试剂盒和DCFH荧光探针（Beyotime，中国）按照操作流程进行评估，并通过共聚焦激光扫描显微镜进行观察。以每孔2.0×10?个细胞的密度将143B细胞接种于6孔板，培养2天后，使用Annexin V-FITC/PI细胞凋亡检测试剂盒（大连美仑生物技术有限公司）按照制造商说明书操作，在NovoCyte3130流式细胞仪上检测有无激光照射下的细胞凋亡情况，并使用FlowJo软件分析细胞凋亡比例。在样品表面培养2天后，用4%多聚甲醛固定143B细胞，并通过梯度乙醇脱水，随后通过扫描电子显微镜观察样品表面的细胞黏附状态。同时收集培养4天的细胞，用TRIzol™试剂（Invitrogen，Thermo Fisher Scientific Inc.，美国）提取总RNA，并检测凋亡相关基因的表达。使用Transcriptor第一链cDNA合成试剂盒（Invitrogen，Thermo Fisher Scientific Inc.，美国）按照说明书从总RNA合成cDNA。使用PowerUP™ SYBR™ Green预混液（Thermo Fisher Scientific Inc.，美国）在QuantStudio™ 7 Pro系统（Applied Biosystems，Thermo Fisher Scientific Inc.，美国）上进行实时定量逆转录聚合酶链反应。以GAPDH作为内参基因，采用2?ΔΔCt法计算目的基因的相对表达量。实时定量PCR引物列于表S1中，所有引物均购自BioTNT（上海，中国）。实时定量PCR实验至少重复两次，每个样品分析三次。