具有自主诱导特性的可降解材料及骨髓基质干细胞在其构建的三维支架上区域诱导分化的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31470934
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1003.组织工程学
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

The general methods to fulfil the aim of inducing cell differentiation on scaffold in the joint regeneration research are mainly focus on using growth factors directly or sustain releasing. However, these growth factors administration methods result in side effects on the cells which don't need the diffusing factors without any control. It's necessary to control the factors function in a constrained spatial area to ensure the tissue's correct differentiation direction. Until now, no research is focus on this. In this proposal, we are going to research the basic principal towards adhesion and enrichment of growth factors on material surface based on the specific interactions between the factor and their affinity peptide on surface. The anti-protein nonspecific adhesion on material surface, bioactivity maintaining mechanism of the adhesive factors, and the adhesive factor inductive mechanism proposed by that through a key signal transduction pathway activation to mediate the gene expression related to cell differentiation, will be discussed. The basic design principal and the inductive mechanism of the self-inductive biomaterial will be interpreted. This will be useful to enrich the growth factors in the low concentration medium or tissue environments on material surface to induce the cells on it differentiating to the right direction avoiding the side effects of the diffusing factors. Combining with the additive materials fabrication method, we are going to make the porous scaffold which has the zonal inductive property. On that scaffold, the zonal induction function of the growth factors will be demonstrated and the mechanism will be interpreted by inducing the bone mesenchymal cells differentiate to chondrocytes in the specific spatial area of the scaffold, in vitro, in site and ectopically. Through this research, the basic design principal of the joint regeneration will be established and the main key problem of deficiency of the idea scaffold in the joint regeneration research field will be solved either.
采用生长因子直接添加或缓释的方法是当前关节再生研究解决在同一支架上软骨与骨诱导分化的主要方法。该方法难以避免因子的扩散对不需要该因子的细胞潜在的负面影响,需要限定生长因子的效应空间来诱导特定组织的准确分化,目前缺乏相关的研究。 本项目研究材料分子结构上生长因子的特异性结合位点对因子吸附与富集的基础原理,通过结合材料表面抗蛋白非特异性吸附,生长因子空间活性构象维持机制的探索,结合富集的因子对细胞分化相关信号通路刺激并介导关键基因的表达这一诱导分化机制的探索,阐明自主诱导材料的设计原理及诱导机理。实现因子在低浓度无效应环境中,通过材料的富集调控并诱导的细胞分化,避开因子扩散的影响。采用三维打印技术构建基于该材料的骨软骨诱导分化区域控制三维支架,并进行体外诱导分化、体内原位修复及异位再生研究,阐明支架材料的区域诱导分化控制机制。明确特定区域内准确诱导细胞分化调控的关节再生三维支架的设计原理。

结项摘要

生长因子的使用是体内外进行组织再生诱导的重要技术手段,限制生长因子扩散导致的对周边其他细胞额外的作用将对组织的再生构建具有重要的作用。天然细胞外基质对生长因子具有锚定功能,在一定程度上限定了其空间扩散,并对粘附在基质上细胞的生物学功能进行调控。本研究通过在材料表面结合特定生长因子亲和肽,模拟细胞外基质的作用,限定生长因子的空间效应,实现在生物材料表面特异性结合的生长因子与细胞膜表面受体直接相互作用,调控细胞功能。研究以以TGF-β为模型分子,筛选了三种亲和肽分子,并对其进行叠氮化修饰;同时合成出了炔基含量范围为0.18- 1.02mmol/g 的可降解聚氨酯材料;优选Cu2+/抗坏血栓钠催化体系在55℃时,叠氮亲和肽与炔基的点击最高接枝率超过90%;材料表面亲和肽能够与TGF-β实现特异性结合,亲和肽减少了TGF-β从材料表面的脱吸附,同时使生长因子在材料表面保持更松散的天然结构,杂蛋白存在不影响该特异性结合;合成的材料通过3D打印制备出了多孔支架,该支架同样具有表面富集多肽的效果;细胞实验表明,通过亲和肽系留在材料表面的TGF-β能够通过与细胞膜表面受体相结合从而促进细胞表达Acan、Sox9以及Col2等特异性软骨基因;受限于3D打印设备在打印精度上的限制,系留TGF-β的层区诱导实验还在进行之中,但系留在材料表面的TGF-β成功抑制了早期大鼠肌肉植入时的炎症反应并促进大鼠肌细胞的早期增殖,且其生物学效应与其表面系留浓度正相关。相关研究表明通过表面亲和肽的特异性结合,生长因子能够在材料表面实现其生物学功能,从而大大降低生长因子扩散导致的非特异性诱导结果。该研究结果对未来设计适于组织精确结构再生的多孔支架材料具有重要的意义。

项目成果

期刊论文数量(21)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(8)
Opposite Regulation of Chondrogenesis and Angiogenesis in Cartilage Repair ECM Materials under Hypoxia
缺氧条件下软骨修复ECM材料中软骨生成和血管生成的相反调节
  • DOI:
    10.1016/j.jmst.2016.08.001
  • 发表时间:
    2016-09-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE & TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    10.9
  • 作者:
    Chen, Shaoming;Gao, Manman;Zou, Xuenong
  • 通讯作者:
    Zou, Xuenong
Anchoring TGF-beta 1 on biomaterial surface via affinitive interactions: Effects on spatial structures and bioactivity
通过亲和相互作用将 TGF-β1 锚定在生物材料表面:对空间结构和生物活性的影响
  • DOI:
    10.1016/j.colsurfb.2018.02.059
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Colloids and Surfaces B: Biointerfaces
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xiao Meng;Wu Gang;Fang Liming;Xiao Jiangwei;Liao Hua;Ke Yu;Xiao Meng;Wu Gang;Fang Liming;Wu Gang;Deng Chunlin;Wu G;Liao H
  • 通讯作者:
    Liao H
Elastic polyurethane bearing pendant TGF-beta 1 affinity peptide for potential tissue engineering applications
带有 TGF-β1 亲和肽的弹性聚氨酯,用于潜在的组织工程应用
  • DOI:
    10.1016/j.msec.2017.10.006
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Materials Science and Engineering: C
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wu Gang;Xiao Meng;Guo Lin;Xiao Jiangwei;Ke Yu;Li Hong;Fang Liming;Deng Chunlin;Liao H
  • 通讯作者:
    Liao H
Cells may feel a hard substrate even on a grafted layer of soft hydrogel
即使在软水凝胶的接枝层上,细胞也可能感觉到坚硬的基质
  • DOI:
    10.1039/c7tb02967e
  • 发表时间:
    2018-03-28
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY B
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Wang, Shuhao;Zan, Fei;Wu, Gang
  • 通讯作者:
    Wu, Gang
Inflammatory and immuno-reactivity in mice induced by intramuscular implants of HSNGLPL peptide grafted-polyurethane
肌内植入 HSNGLPL 肽接枝聚氨酯诱导小鼠的炎症和免疫反应
  • DOI:
    10.1039/c5tb02567b
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry B
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Xiao Jiangwei;Huang Cao;Shi D;an;Zhu Rong;Gu Ruicai;Wang Huan;Wu Gang;Liao Hua
  • 通讯作者:
    Liao Hua

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  • 作者:
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  • 作者:
    郑橙;于静;吴刚;郭长奎
  • 通讯作者:
    郭长奎

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AI项目解读示例

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

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          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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