镁掺杂羟基磷灰石纳米棒实现阿霉素双效递送与成骨分化协同调控

《ACS Applied Bio Materials》：Mg-Hydroxyapatite Nanorods for Dual Intracellular Doxorubicin Delivery and Osteogenic-Associated BM-MSC Responses

本研究发现镁掺杂羟基磷灰石纳米棒（MgHA NRs）通过调控晶体结构缺陷，显著提升阿霉素（DOX）载药量与pH响应释放特性，在骨肉瘤治疗中展现双重优势：增强抗癌药物胞内递送效率的同时，通过Mg2+离子释放激活骨髓间充质干细胞（BM-MSCs）成骨基因表达，为骨肿瘤术后协同治疗提供新型纳米平台。

材料合成与表征

通过水热法成功制备镁掺杂羟基磷灰石纳米棒（MgHA NRs），X射线衍射（XRD）显示Mg²⁺掺杂引起晶体峰宽化，傅里叶变换红外光谱（FTIR）计算的分裂因子指数证实结晶度随掺杂量增加而降低。扫描电镜（SEM）分析表明MgHA10纳米棒平均长度（54±1 nm）较未掺杂HA（107±2 nm）显著缩短， aspect ratio（长径比）从4.53降至2.49。电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）检测实际镁掺杂量达6.49 mol%，Ca/P摩尔比降至1.48，证实Mg²⁺成功置换晶格中的Ca²⁺。降解实验显示酸性环境（pH 5.0）下MgHA10的磷酸根离子释放量显著高于生理pH，印证其pH响应降解特性。

生物学性能评估

骨髓间充质干细胞（BM-MSCs）培养实验显示，MgHA10组在200 μg/mL浓度下培养7天仍保持90%以上细胞活性，显著优于未掺杂HA。细胞骨架染色显示纳米棒未引起细胞形态异常。FITC标记实验发现MgHA10的细胞内吞率最高，荧光定量显示24小时阳性细胞占比达35%。qPCR基因表达分析表明，50 μg/mL MgHA10处理14天后，BMP-2基因表达上调3.2倍，晚期成骨标志物SPP1表达提升4.8倍，证实Mg掺杂促进成骨分化进程。

药物递送功能验证

阿霉素（DOX）负载实验显示MgHA10载药量（4.6±0.2 wt%）显著高于HA（3.0±0.3 wt%）。释放动力学符合Korsmeyer-Peppas模型，酸性环境下MgHA10的释放速率常数（K_KP）达0.38，累积释放率19%。骨肉瘤MG63细胞实验表明，低浓度DOX（1.25 μg/mL）时MgHADOX细胞存活率仅28%，显著低于游离DOX组（51%）。共聚焦显微镜观察发现纳米棒递送的DOX同时分布于细胞核与细胞质，区别于游离DOX的核内聚集模式，证实缓释特性。

机制分析

Mg²⁺掺杂通过两种机制增强功能：晶体表面非晶化增加药物吸附位点；离子置换引起的晶格畸变促进酸性环境下降解。协同作用使纳米棒兼具高载药量、pH触发释药和成骨诱导三重功能，为骨肿瘤靶向治疗-骨再生一体化策略提供新思路。