具有负载核酸复合体及表面抗菌功能的骨组织工程支架的构建及其作用机制研究
批准号:
51873012
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
段顺
依托单位:
学科分类:
生物医用有机高分子材料
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
丁雪佳、王安治、张一丹、杨济豪、杨美平、熊彦华、赵玉清
中文摘要
大于临界尺寸的骨缺损的修复及其治疗过程中可能发生的感染问题,是目前骨科临床上的常见问题。针对这一问题,本项目提出构建具有负载核酸复合体及表面抗菌功能的骨组织工程支架,用于感染型骨缺损的治疗。通过多氨基、多环氧基小分子化合物的开环反应,合成系列超支化阳离子基因载体,并对其进行后修饰,使其对成骨相关细胞具有低毒高效的作用。将合成的基因载体与携带促成骨基因的核酸复合,制备骨组织工程支架材料负载核酸复合体,以增强骨修复的效果。对获得的负载核酸复合体的骨组织工程支架进行表面抗菌功能化,使其具备抗感染的能力。对所构建的具有负载核酸复合体及表面抗菌功能的骨修复材料进行全面的理化结构分析和生物学性能评价,探索其构效关系与作用机制,并对其体内抗感染、促修复性能进行验证。通过本项目的研究,有望获得具有良好促骨修复和抗菌性能的骨组织工程支架,并为将来新型材料的研发提供理论依据。
英文摘要
The therapy methods of large bone defects and infection are the common problems in orthopedics. To solve these problems, this project proposes to fabricate functionalized bone tissue engineering scaffolds with nucleic acid complex-loading and surface antibacterial properties for the therapy of infectious bone defects. To realize the high transfection efficiency and low toxicity on osteogenesis-related cells, a series of novel polycationic gene carriers will be synthesized by the ring-opening reaction of small molecules with multiple amino groups or epoxy groups, followed by modification by bioactive molecules. The gene carriers will condense the nucleic acids with osteogenesis-promoting genes to form nanocomplexes. The nanocomplexes will be loaded by biodegradable bone tissue engineering scaffolds to achieve high performance on bone reparation. To resist the infection during the therapy process, the surfaces of nanocomplex-loaded scaffolds will be functionalized with antibacterial polymer. The physical, chemical and biological properties will be universally characterized, and the relationship between their structures and performances will be illustrated. Moreover, their in vivo bone regeneration and anti-infection efficiencies will be confirmed by animal experiments. By this project, a series of novel bone tissue engineering scaffolds with high performance on bone regeneration and antibacterial, and the theory basis will be provided to develop new bone tissue engineering scaffolds in future.
针对骨缺损修复问题及植介入材料引发的感染问题,本项目初步探索了支化阳离子核酸递送载体的结构设计与制备方法,并在典型的骨科植入材料、牙科种植体和医用导管表面构建了功能化的抗菌涂层,以实现感染的防治。通过用氨基与环氧基的开环反应,通过一锅法合成了支化阳离子聚合物证实其具备络合核酸的能力,并且有优秀的降解能力、生物相容性和对于骨肿瘤细胞的转染能力,初步验证了新型支化阳离子核酸递送载体用于成骨相关细胞的可行性,为未来采用基因治疗技术促进骨缺损再生的研究提供了材料方面的支撑。在羟基磷灰石表面设计并构建了一个稳定长效的自适应释放型抗菌表面,使改性后的支架具有细菌响应性,并可以多次抵抗感染发生。通过对聚合反应时间的控制,可以获得不同修饰程度的支架,并通过股骨缺损的家兔感染模型证实了其在活体内的优异抗感染与骨修复能力。将低分子量的阳离子抗菌剂和促进骨结合作用的功能小分子通过席夫碱反应与聚合物刷结合,成功构建了具有抗菌和促进骨结合特性的多功能植入体表面,具有良好的抗菌性能和生物相容性。在体内验证了其良好的体内抗感染性能和骨结合性能。通过构建双层聚合物刷,设计并构建了一种集防污杀菌生物相容性于一身的功能化导管表面。其中下层是亲水性聚合物,上层是偶联抗菌肽的带负电聚合物,对细菌和血细胞具有良好的防污效果,含弱正电荷的抗菌肽赋予了材料表面较高的杀菌效率。此外,在流体循环环境中依然具备出色的抗菌性能。在动物实验中,此类表面可以抑制导管引发的细菌感染。本项目的研究成果为抗感染医疗器械的发展提供了新的策略。
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Well-Defined Gold Nanorod/Polymer Hybrid Coating with Inherent Antifouling and Photothermal Bactericidal Properties for Treating Infected Hernia
明确的金纳米棒/聚合物混合涂层具有固有的防污和光热杀菌特性,可用于治疗感染性疝气
DOI:
10.1021/acsnano.9b09282
发表时间:
2020
期刊:
ACS Nano
影响因子:
17.1
作者:
[Yu-Qing Zhao, Yujie Sun, Yidan Zhang, Xiaokang Ding, Nana Zhao, Bingran Yu, Hong Zhao, Shun Duan, Fu-Jian Xu]
通讯作者:
Fu-Jian Xu
Derma-like antibacterial polysaccharide gel dressings for wound care
用于伤口护理的类真皮抗菌多糖凝胶敷料
DOI:
10.1016/j.actbio.2022.06.018
发表时间:
2022
期刊:
Acta Biomaterialia
影响因子:
9.7
作者:
[Yan-Hua Xiong, Lujiao Zhang, Zongpeng Xiu, Bingran Yu, Shun Duan, Fu-Jian Xu]
通讯作者:
Fu-Jian Xu
Antimicrobial Peptide-Conjugated Hierarchical Antifouling Polymer Brushes for Functionalized Catheter Surfaces
用于功能化导管表面的抗菌肽共轭分层防污聚合物刷
DOI:
10.1021/acs.biomac.9b01060
发表时间:
2019
期刊:
Biomacromolecules
影响因子:
6.2
作者:
[Xin-Yang Zhang, Yu-Qing Zhao, Yidan Zhang, Anzhi Wang, Xiaokang Ding, Yang Li, Shun Duan, Xuejia Ding, Fu-Jian Xu]
通讯作者:
Fu-Jian Xu
A natural polysaccharide-based antibacterial functionalization strategy for liquid and air filtration membranes
基于天然多糖的液体和空气过滤膜抗菌功能化策略
DOI:
10.1039/d1tb02273c
发表时间:
2021
期刊:
Journal of Materials Chemistry B
影响因子:
7
作者:
[Ruonan Wu, Mengkai Song, D, an Sui, Shun Duan, Fujian Xu]
通讯作者:
Fujian Xu
Self-adaptive antibacterial surface with bacterium-triggered antifouling-bactericidal switching properties
具有细菌触发防污-杀菌切换特性的自适应抗菌表面
DOI:
10.1039/c9bm01666j
发表时间:
2020
期刊:
Biomaterials Science
影响因子:
6.6
作者:
[Yidan Zhang, Xiang Zhang, Yu-Qing Zhao, Xin-Yang Zhang, Xiaokang Ding, Xuejia Ding, Bingran Yu, Shun Duan, Fu-Jian Xu]
通讯作者:
Fu-Jian Xu
共 8 条
基于天然多糖—阳离子多肽协同抗病毒策略的纳米功能材料构建及其机制研究
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批准号:52573149
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项目类别:面上项目
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资助金额:50.00万元
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批准年份:2025
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负责人:段顺
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依托单位:
可调控响应性多功能抗菌表面的构建及其作用机制研究
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批准号:52073024
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项目类别:面上项目
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资助金额:58.0万元
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批准年份:2020
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负责人:段顺
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依托单位:
新型多羟基超支化非病毒基因载体的构建及其在引导骨组织再生材料中应用的初步研究
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批准号:51403010
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2014
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负责人:段顺
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依托单位:
国内基金
海外基金