一、背景与意义

癌症是全球健康的重大挑战，现有的传统治疗方法如化疗、放疗和手术虽广泛应用，但存在高手术风险、创伤及对健康组织的潜在损伤等局限性。这促使科研人员寻求更为精准、副作用更小的替代治疗方案，如基因疗法、免疫疗法和热疗等新策略，以提高治疗效果并减轻患者负担。研发既能有效抑制肿瘤生长又对健康组织影响最小的新材料是肿瘤治疗中的关键所在。镁基可降解金属因其高生物可降解性、良好的机械性能和生物相容性，在医疗领域展示出巨大潜力。镁离子在能量代谢、大分子合成及遗传信息传递等生物过程中扮演重要角色，镁及其合金已在骨科、心脑血管等领域受到广泛研究和临床应用。
近年来，镁合金在抗肿瘤治疗领域的新功能受到研究人员的高度关注。研究发现，镁合金的降解产物如H2、Mg2+和Mg(OH)2具有显著的抗肿瘤活性，并已在骨肉瘤、乳腺癌等多种癌症模型中证实其抗肿瘤效果。镁合金不仅能抑制肿瘤生长，还能促进肿瘤切除术后组织的愈合和健康组织的再生，为改善患者的预后提供了新策略。
最近，北京大学郑玉峰教授、北京大学口腔医院刘云松主任医师和夏丹丹副研究员重点综述了镁合金在抗肿瘤方面的应用，此外，还讨论了镁合金抑制肿瘤的机制。最后，本文对镁合金在癌症治疗中面临的挑战和前景进行了展望。
二、图文导读
（一）肿瘤的生物学特征
在各种致癌因素作用下，机体产生形态及功能异常的赘生物，即恶性肿瘤。该疾病具有异质性、永生性、浸润性、转移性等特点，肿瘤微环境（TME）与恶性肿瘤的发生、生长、转移及复发密切相关，其特点主要为弱酸性环境、低氧、高活性氧（ROS）、免疫抑制性（图1）。研究表明，乳酸的大量堆积为肿瘤细胞的迁移及免疫逃逸提供有利条件；低氧微环境通过激活HIF-1信号通路加速肿瘤的生长、提高肿瘤的侵袭性、促使肿瘤转移；肿瘤细胞内异常升高的活性氧（ROS）可诱导DNA损伤、蛋白质修饰和基因组不稳定，致使潜在的致癌突变；此外，微环境的免疫抑制性也与肿瘤的生长、浸润、转移密切相关。

图1 肿瘤的生物学特征

（二）镁合金的降解及腐蚀产物

镁及镁合金容易腐蚀。在降解过程中，Mg失去电子并发生阳极反应（方程1），大量电子与H2O发生阴极反应（方程2）。随后，阳极反应生成的Mg2+与阴极反应生成的OH-发生反应，生成腐蚀产物Mg(OH)2 （方程3）。然而，Mg(OH)2在水溶液中不稳定，尤其是在含有Cl-的环境中，高浓度的Cl-加速Mg(OH)2的反应，从而促进Mg的腐蚀，产生高浓度的Mg2+与OH-（方程4）。镁及镁合金的腐蚀主要为电偶腐蚀与全面腐蚀、点蚀与丝状腐蚀、应力腐蚀裂开、腐蚀疲劳。

在电偶腐蚀中，由于镁电极电位较低，当与其他金属接触时，镁一般作为阳极发生电偶腐蚀，而阴极则是外部直接接触的异种金属或者是镁合金内部的第二相或杂质相（图2A）。在点蚀与丝状腐蚀中，由于镁是自钝化金属，当暴露于含Cl-等非氧化性介质中，其表面不稳定的氧化膜会遭到破坏，形成点蚀，逐步加深后可在表面看到腐蚀坑的存在（图2B）。在应力腐蚀裂开中，镁合金在具有腐蚀的环境中所收到的应力未达到屈服强度一半的情况下发生开裂（图2C）。在腐蚀疲劳中，疲劳强度随晶粒尺寸的减小而提高，抗疲劳裂纹扩展性能则相反。研究表明，腐蚀疲劳开裂以穿晶-晶间复合方式扩展，加速腐蚀疲劳裂纹扩展速度的环境与加快应力腐蚀裂纹扩展速度的环境是相同的（图2D）。

图2 镁合金的腐蚀示意图

（三）镁合金在抗肿瘤领域的应用

纯镁被视为相对安全的材料，但其机械性能较弱及降解速度过快的缺点限制了其在医疗领域的广泛应用。研究者们通过合金化和表面改性等技术增强了其机械强度及耐腐蚀性。例如，通过添加钙（Ca）元素可以细化镁的微观结构，提高其在高温下的强度和蠕变性能，同时添加锌（Zn）和锶（Sr）等元素时能提高镁合金的强度和延展性。合金化不仅提升了镁合金的抗压强度，还降低了镁合金的降解速率。此外，表面改性也是降低镁合金的降解速率并提高其生物相容性的有效策略。例如，通过电泳沉积在镁合金表面形成的钐涂层能显著增强其耐腐蚀性，同时表现出防止骨肿瘤复发和转移的能力。通过上述手段，镁合金不仅在机械性能和降解性能上获得了显著提升，而且在抗骨肉瘤、乳腺癌、卵巢癌等多种癌症治疗中显示出广泛的应用潜力（图3）。

图3 镁合金在抗肿瘤的应用

1、镁合金在骨肿瘤领域的应用

骨肉瘤作为一种高度恶性且进展迅速的恶性肿瘤，好发于儿童及青少年。目前治疗包括根治性手术结合化疗，但手术后大面积骨组织缺损和残留肿瘤细胞严重影响患者的愈后。因此，研发能同时消除残留癌细胞并促进骨再生的双功能新型生物材料至关重要。镁合金降解释放的Mg2+不仅能抑制肿瘤细胞生长，还能促进骨髓基质细胞的成骨向分化能力，促进肿瘤切除后骨缺损处的新骨形成，在抗骨肿瘤应用中具有巨大潜力。对镁合金进行表面改性和负载活性成分可进一步增强抗肿瘤效果并改善其降解性能。例如，含微弧氧化镀层的镁锶合金颗粒通过诱导凋亡和坏死防止肿瘤复发。此外，镁合金还可用做光热疗法的光热剂，通过吸收光能量转换为热能来诱导肿瘤细胞死亡，同时降解产生的镁离子还可以促进骨再生。

2、乳腺癌及其他肿瘤

乳腺癌是全球女性最常见的癌症之一。目前乳腺癌的治疗方法主要包括手术、化疗、放疗和靶向治疗，旨在切除或缩小肿瘤、消灭癌细胞并防止复发。近年来，研究者致力于开发新的治疗方法以提高治疗有效性并减少副作用。多孔可载药的镁合金因其控释药物的能力及其降解产物H2对肿瘤的潜在抑制作用而受到关注。有研究者开发的pH敏感聚合物包覆的镁纳米花能够在肿瘤微环境中释放Mg2+，直接靶向作用于癌细胞，提高治疗效率的同时减少全身副作用。此外，镁合金降解过程中产生的H2显示出对乳腺癌的治疗潜力，尤其是通过促进H2的持续产生，进而引起癌细胞能量代谢的破坏和高水平氧化应激，导致癌细胞死亡。这些研究进展展示了镁合金在乳腺癌治疗中的应用前景。

不仅镁合金在特定肿瘤类型如骨肉瘤和乳腺癌中的应用受到广泛关注，其在包括前列腺癌、结肠直肠癌、肝癌、卵巢癌、食道癌、胆囊癌、黑色素瘤、白血病和胆管癌等多种恶性肿瘤治疗中的潜力也正在被积极探索。例如，有研究者开发了用于结直肠肿瘤手术后的镁吻合钉，不仅可以抑制肿瘤细胞的增殖还有效促进了伤口愈合。有研究者开发的镁金属胆囊支架具备了治疗胆囊癌及引流胆汁的双重功能。此外，还有研究者将镁与镓铟合金结合，创建了一种可塑性强且能适应不规则皮肤表面的生物材料，在黑色素瘤治疗中显示了良好的前景。这些研究不仅证实了镁合金在癌症治疗中的广泛应用潜力，也显示出其作为一种生物降解材料在提供创新治疗方案方面的优势。

来源：上海交通大学轻合金国家工程研究中心