载药缓释型仿生软组织替代物的拓扑结构设计及3D打印重构

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51805294
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    28.0万
  • 负责人：
    庞媛
  • 依托单位：
    清华大学
  • 学科分类：
    E0508.成形制造
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Due to the current postoperative issues of physiological structure defect, infection and recurrence of diseases, and the lack of personalized functional soft tissue substitutes, we herein propose the construction of biomimetic soft tissue substitutes with drug sustained-release function. In this project, the scientific problems among topological structure design, 3D printing and drug sustained-release model will be systematically studied. We will focus on the reconstruction of biomimetic cardiac valves, anus and cervix uteri based on the individual clinical data. The drug sustained-release in biomimetic soft tissue constructs will be controlled by gradient porous structure design, of which the rapid manufacture will be achieved through the study of biomaterial and 3D printing. Finally the drug sustained-release model of biomimetic soft tissue substitutes will be established via the optimization of material properties and the study on the mechanism of drug release control in the gradient porous structure. The drug-released biomimetic soft tissue substitutes constructed by this project could simultaneously solve the core issues of physiological structural repair and functional rehabilitation. It provides a new clinical treatment strategy for the reconstruction of defect tissues in the future, and has a broad application prospect.
本项目基于临床术后遗留的组织生理结构缺损、易诱发感染、病灶复发等现状，针对个性化功能性仿生软组织研究的稀缺和瓶颈，提出构建具有药物缓释功能的仿生软组织替代物，对拓扑结构设计、3D打印制造和药动缓释模型之间的系统性科学问题展开研究。以心脏瓣膜、肛门、宫颈的临床数据为基础，进行病损组织个性化仿生重构；通过具有多级孔道结构分布的拓扑体设计，实现仿生软组织替代物中药物的缓释控制；通过生物材料体系的研究及3D打印，实现仿生重构体的快速制造；通过材料性能的优化、梯度多孔结构内药物释放控速机理研究，最终建立仿生软组织替代物的药物缓释模型。本项目构建的载药仿生软组织替代物，将通过个性化组织修复及药物缓释，同步解决病损结构的重塑和对原位组织功能性的持续修复两方面问题，为未来病损组织重建的临床治疗新策略提供理论指导，具有广阔的应用前景。

结项摘要

心血管疾病、结直肠癌、宫颈癌已是世界范围内高发的致命疾病，其治疗通常需手术切除病患部位，而因手术切除带来的组织损失无法再生，并存在一系列术后并发症如易诱发感染、病灶复发等，对患者造成极大负担。因此，术后遗留的病损组织结构重塑和功能修复,是临床后续治疗重点关注的两大关键问题。针对上述问题，本项目开展了具有药物缓释功能的软组织仿生替代物重构研究，以病损组织临床数据为基础，基于3D打印技术在空间组装、材料组装、个性化制造等方面的优势，实现载药缓释型仿生软组织替代物的构建，对拓扑结构设计、3D打印重构和释放动力学模型之间的系统性科学问题展开研究，同步实现病损结构重塑和对原位组织功能性的持续修复。项目具体以心脏瓣膜、人造直肠和宫颈组织为研究对象，从其替代物的拓扑结构设计出发，根据临床数据建立三维重构体和计算机数字模型，并通过聚氨酯多孔支架的低温沉积 3D打印和PEGDA-海藻酸钠双网络水凝胶的光固化打印实现仿生替代物的制造。打印构建的仿生软组织替代物的力学、毒性、细胞相容性测试证明其满足修复病损部位的需求。药物释放动力学结果表明，不同的药物加载方式和模型拓扑结构设计对于药物缓释有较大的影响。本项目建立的个性化仿生软组织替代物药物缓释动力学模型，能够较好的预测药物与生物材料混融3D打印的不同工艺路线对应的缓释时长，可适应不同的应用场景，对其他类似研究有较高的参考价值。

项目成果

期刊论文数量（15）
专著数量（1）
科研奖励数量（1）
会议论文数量（0）
专利数量（5）
Affinity-Controlled Double-Network Hydrogel Facilitates Long-Term Release of Anti-Human Papillomavirus Protein.
亲和力控制的双网络水凝胶促进抗人乳头瘤病毒蛋白的长期释放
  • DOI：
    10.3390/biomedicines9101298
  • 发表时间：
    2021-09-23
  • 期刊：
    Biomedicines
  • 影响因子：
    4.7
  • 作者：
    Zhao C;Ji J;Yin T;Yang J;Pang Y;Sun W
  • 通讯作者：
    Sun W
Customizable design strategies for high-performance bioanodes in bioelectrochemical systems.
生物电化学系统中高性能生物阳极的可定制设计策略
  • DOI：
    10.1016/j.isci.2021.102163
  • 发表时间：
    2021-03-19
  • 期刊：
    iScience
  • 影响因子：
    5.8
  • 作者：
    He YT;Fu Q;Pang Y;Li Q;Li J;Zhu X;Lu RH;Sun W;Liao Q;Schröder U
  • 通讯作者：
    Schröder U
Design, modeling and 3D printing of a personalized cervix tissue implant with protein release function
具有蛋白质释放功能的个性化宫颈组织植入物的设计、建模和3D打印
  • DOI：
    10.1088/1748-605x/ab7b3b
  • 发表时间：
    2020-02
  • 期刊：
    Biomedical Materials
  • 影响因子：
    4
  • 作者：
    Chenjia Zhao;Zitong Wang;Chen Hua;Jingyuan Ji;Zhenzhen Zhou;Yongcong Fang;Ding Weng;Lu Lu;Yuan Pang;Wei Sun
  • 通讯作者：
    Wei Sun
3D printing of graphene oxide based on ferric ion crosslinking and evaluation as bioscaffold in tissue engineering
基于铁离子交联的氧化石墨烯3D打印及其在组织工程中作为生物支架的评价
  • DOI：
    10.1002/bit.27592
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Biotechnology and Bioengineering
  • 影响因子：
    3.8
  • 作者：
    Renhao Lu;Wuhua Zhang;Yuting He;Siyuan Zhang;Qian Fu;Yuan Pang;Wei Sun
  • 通讯作者：
    Wei Sun
Organization of liver organoids using Raschig ring-like micro-scaffolds and triple co-culture: Toward modular assembly-based scalable liver tissue engineering
使用拉西环形微支架和三重共培养组织肝脏类器官：走向基于模块化组装的可扩展肝脏组织工程
  • DOI：
    10.1016/j.medengphy.2019.10.010
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Medical Engineering and physics
  • 影响因子：
    2.2
  • 作者：
    Y. Pang;S. Sutoko;ZT. Wang;Y. Horimoto;K. Montagne;I. Horiguchi;M. Shinohara;D. Mathiue;T. Niino;Y. Sakai
  • 通讯作者：
    Y. Sakai

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基于毛细管电泳的黄芪抗氧化生物指纹图谱研究
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  • 期刊：
    分析化学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    夏之宁;郑国灿;庞媛
  • 通讯作者：
    庞媛

其他文献

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庞媛的其他基金

基于生物3D打印肿瘤干细胞的体外异质肿瘤模型构建及应用研究
  • 批准号：
    52211540006
  • 批准年份：
    2022
  • 资助金额：
    20 万元
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基于类器官组装和3D打印集成制造技术的个性化肿瘤模型构建研究
  • 批准号：
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  • 项目类别：
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相似国自然基金

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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