基于仿生功能表面与锂离子可控释放的生物陶瓷支架构建及骨-软骨一体化修复机制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81601612
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    17.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H2809.医用生物材料与仿生材料
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Articular cartilage repair is a great challenge in the field of orthopedic surgery. Previous studies have found that the bi-lineage osteochondral conducive scaffold may be an ideal substitute for articular defect. However, as a critical challenge by the different physiological and pathological characteristics of articular cartilage and subchondral bone, the scaffold capability in cell adhesion, osteochondral differentiation and the maintaining of cartilaginous phenotypic for simultaneously osteochondral regeneration is still not reliable. As a result, the insufficient osteochondral regeneration capacity limits the application of the existing scaffold, especially in large-size cartilage defect repair. As a multi-lineage conducive biofactor, it has been proven that Lithium ions (Li+) could simultaneously promote osteogenic differentiation of stem cells and the phenotypic maintenance of cartilaginous tissue. Meanwhile, inspired by the universal adhesion of Mussels, polydopamine (PDA) self-assembly nanometer layer coating may be an effective surface modification for the scaffold to promote cell adhesion and biological performance. To address the relevant issues, the current study will build up a porous bioceramics scaffold with controlled-release of Li+ ions. Meanwhile, Mussel biomimetic surface of the scaffold will be constructed using PDA coating at the surface of the scaffold for cartilage regeneration. The insights of regeneration and regulation will be provided through the observation of the synergistic effect of Li+ ions and PDA coating for stem cell biological response, including cell adhesion, differentiation, extracellular matrix accumulation, relative gene expression, and the underlying signaling pathways. The successful completion of this project will develop an integrated method for the construction of osteochondral conducive scaffold that is capable of promoting better regeneration of both articular cartilage and subchondral bone in large defect.
如何实现符合生理结构和功能的软骨修复一直是临床亟待攻克的难题。构建骨-软骨一体化修复组织工程支架被认为是实现工程化软骨修复的理想方法,但由于软骨和软骨下骨具有不同的生理、病理特点,目前的支架难以有效实现促干细胞粘附、成骨与成软骨双向诱导分化及软骨表型维持,导致支架修复性能不足,大面积软骨缺损往往存在修复缺陷。受海洋生物贻贝的广泛粘附能力和锂(Li+)离子多向诱导分化生物性能的启发,本项目拟构建Li+离子可控释放的生物陶瓷支架,并在支架成软骨层制备可控的自组装PDA纳米生物活性涂层;通过研究PDA表面修饰、控释Li+离子微环境的单独/协同调控作用对干细胞在支架粘附、增殖、分化及相关基因表达等生物学响应的影响及其机理,结合动物模型的支架在体修复效能研究,初步建立具有主动修复功能与可调控生物响应特性的骨-软骨一体化修复支架的设计和优化的理论方法,为实现稳定可控的工程化软骨修复提供理论和技术支撑。

结项摘要

组织工程技术是骨性关节炎治疗方面非常有潜力的方法之一,特别是利用生物支架实现骨-软骨一体化修复将可能实现稳定的软骨修复。本项目通过构建具有Li+离子可控释放、PDA仿生表面的生物陶瓷支架,研究控释Li+离子微环境、PDA仿生表面的调控作用对BMSCs在支架粘附、增殖、分化及相关基因表达等生物学响应的影响及其机理,结合支架在体修复效能研究,获得一系列研究结果,包括:(1)通过溶胶-凝胶法制备含锂钙硅酸生物陶瓷材料(Li2Ca4Si4O13,L2C4S4)的方法;(2)基于FDM 3D打印技术,通过对支架三维多孔结构的精细控制(孔大小170μm-400μm),实现了支架力学特性的控制(L2C4S4 scaffolds抗压强度15-40 MPa)及Li离子的可控释放;(3)体外研究发现,Li离子能够通过激活type II collagen、Aggrecan等相关基因,促进BMSCs的软骨分化,同时Li、Ca、Si微环境能够通过激活Runx2 、OCN等基因表达,促进BMSCs的成骨分化;(4)PDA 能够通过其自助装表面的广泛粘附性能,有效促进细胞在支架表面的粘附;(5)优化后的3D打印L2C4S4 生物陶瓷支架具有良好的促骨-软骨一体化修复效能。本项目的研究结果初步建立了一种具有稳定骨-软骨一体化再生性能的组织工程支架设计和优化的理论方法,为实现稳定可控的工程化软骨修复提供了一定的理论和技术支撑。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Reconstruction of compressively sampled MR images based on a local shrinkage thresholding algorithm with curvelet transform
基于曲波变换局部收缩阈值算法的压缩采样 MR 图像重建
  • DOI:
    10.1007/s11517-019-02017-7
  • 发表时间:
    2019-08
  • 期刊:
    Med Biol Eng Comput
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Hanlin Wang;Yuxuan Zhou;Xiaoling Wu;Wei Wang;Qingqiang Yao
  • 通讯作者:
    Qingqiang Yao
3D printing of a lithium-calcium-silicate crystal bioscaffold with dual bioactivities for osteochondral interface reconstruction
3D打印具有双重生物活性的硅酸锂钙晶体生物支架,用于骨软骨界面重建
  • DOI:
    10.1016/j.biomaterials.2018.04.005
  • 发表时间:
    2019-03-01
  • 期刊:
    BIOMATERIALS
  • 影响因子:
    14
  • 作者:
    Chen, Lei;Deng, Cuijun;Wu, Chengtie
  • 通讯作者:
    Wu, Chengtie
3D Molecularly Functionalized Cell-Free Biomimetic Scaffolds for Osteochondral Regeneration
用于骨软骨再生的 3D 分子功能化无细胞仿生支架
  • DOI:
    10.1002/adfm.201807356
  • 发表时间:
    2019-02-01
  • 期刊:
    ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS
  • 影响因子:
    19
  • 作者:
    Li, Lan;Li, Jiayi;Yao, Qingqiang
  • 通讯作者:
    Yao, Qingqiang

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其他文献

个体化经髂嵴植钉导板在骨盆外固定架深部植钉中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中国修复重建外科杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    唐成;梁斌;姚庆强;刘帅;徐燕;王黎明
  • 通讯作者:
    王黎明
靶向鞘氨醇激酶1的Jaspine B类似物的合成及抗肿瘤活性研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    化学研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王悦;耿双双;陈海蛟;智英;牟艳玲;姚庆强;刘波
  • 通讯作者:
    刘波
髋关节假体多孔结构优化设计研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    机械设计与制造工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘乐乐;戴宁;丁龙伟;李大伟;姚庆强;王黎明
  • 通讯作者:
    王黎明
3D打印个性化多孔钛金属支架重建髋臼骨缺损的中期疗效评估
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    南京医科大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    唐成;李旭祥;凌辰;姚庆强;魏波;徐 燕;王黎明
  • 通讯作者:
    王黎明
阶段性使用止血带对全膝关节置换术后关节功能康复的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    南京医科大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    朱胜利;姚庆强;徐燕;魏波;唐成;王黎明
  • 通讯作者:
    王黎明

其他文献

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姚庆强的其他基金

仿生多级微结构与微环境的生物活性支架用于骨-软骨再生及机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    55 万元
  • 项目类别:

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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