生物磁性打印构建有序微纳分级仿生基质材料诱导内源性骨再生研究
结题报告
批准号:
81873999
项目类别:
面上项目
资助金额:
57.0 万元
负责人:
郭晓东
依托单位:
学科分类:
H0604.骨、关节、软组织损伤与修复
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
孙亭方、吴姗姗、韩昌骏、姬彦辉、熊泽康、任政威、周锦鸽、陈开放、姚升
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中文摘要
如何构建与天然骨类似的有序微纳分级结构的仿生骨材料、原位募集内源性干细胞迁移归巢、诱导成骨/成血管分化,是当前骨修复材料研究亟待解决的关键问题。.传统生物打印可构建出具有三维多孔宏观梯度结构的支架材料,却无法获得与天然骨类似的有序微纳结构。本团队长期从事骨组织工程和生物打印研究,预实验结果表明可利用磁场控制胶原的有序排布来调控材料微纳结构。本课题将生物打印技术和磁场激发装置有机结合,构建生物磁性打印体系,以具有良好成骨活性的脱钙骨基质和成血管活性的小肠粘膜下层脱细胞基质为生物墨水,获得和天然骨类似的微纳/宏观仿生结构;通过高效负载核酸适配体、骨诱导活性多肽及血管内皮生长因子,靶向募集内源性干细胞迁移归巢,诱导其成骨/成血管分化,原位诱导骨再生。.本课题利用生物磁性打印技术构建仿生骨材料,可能克服传统生物打印技术无法精细调控有序微观结构的缺点,可为仿生骨诱导材料的制备提供新的思路。
英文摘要
How to construct biomimetic bone matrix scaffold with orderly collagen arrangement and micro-/nano-structure as natural bone and in situ recruit endogenous stem cells and osteogenic differentiation/angiogenesis is a key issue that urgently needs to be solved in the current bioprinting research on repair of bone defects. .Traditional bioprinting cannot construct a micro-/nano-structure similar to that of natural bone. The preliminary work of our group confirmed successful regulation of orderly collagen / peptide arrangement with the use of a certain intensity of magnetic field. Therefore, our group conceive the use of magnetic bioprinting equipment composed of bioprinter and magnetic field excitation device to construct a micro-/nano-orderly bionic structure similar to that of natural bone. Using natural DBM with good osteogenic activity and small intestinal submucosa (SIS) with agiogenesis as a bio-ink, to recruit endogenous stem cell migration homing, proliferation, and differentiation through efficient loading of aptamers, osteoinductive active peptides P28 and vascular endothelial growth factor (VEGF), to realize in situ bone regeneration. .This project will overcome the disadvantage of failure modulation of orderly microstructure, the insufficiency ability of recruitting endogenous stem cells and lack of osteogenic/angiogenic with current bioprinting for bionic bone matrix scaffold. It is the first attempt to construct a biomimetic bone matrix scaffold by using magnetic bioprinting technology and will provide a new solution for exploring the in situ osteoinductive biomaterial for constructing an orderly in-situ micro-/nano-hierarchical structure.
如何构建与天然骨类似的有序微纳分级梯度结构的仿生骨基质材料,能原位募集内源性干细胞迁移归巢,诱导其成骨/成血管分化, 是当前骨缺损修复生物打印亟待解决的关键性问题。三维生物打印作为近年来兴起的增材制造技术,可以定制化制备出三维多孔结构的仿生骨诱导材料,但是传统生物打印技术无法对微纳米分级及有序排列等更为精细的结构进行调控。. 因此,本项目在长期从事骨组织工程和生物打印研究的基础上,提出通过生物打印机与磁场激发装置组成的生物磁性打印设备,构建与天然骨类似的微纳有序梯度仿生结构,以天然的有良好成骨活性的预矿化脱钙骨基质 (DBM) 和成血管活性的小肠粘膜下层脱细胞基质 (SIS) 为生物墨水,通过高效负载核酸适配体、骨诱导活性多肽P28 以及血管内皮生长因子VEGF,靶向募集内源性干细胞迁移归巢,诱导其成骨/成血管分化,原位实现骨缺损修复再生。. 结果表明,团队制备了适用于生物打印的SIS生物活性墨水和特异性靶向募集BMSCs的核酸适配体Apt19S, 并将核酸适配体Apt19S和骨诱导活性肽pBMP2进行负载,打印出多种仿生骨诱导性ECM支架,验证了其在体内外良好的成骨/成血管性能。其次,为了实现生物磁性打印对ECM材料微纳有序梯度仿生结构的调控,通过CAM软件控制和双喷头打印实现了DBM和SIS两种ECM的平行打印,并且通过在打印基板上设置不同强度磁场,初步探究了如何利用磁性打印引导ECM胶原纤维的有序排列,进一步完成材料成形区域内磁场强度的测试工作,为研究磁场对 ECM材料打印的调控规律奠定了基础。. 综上,本项目不仅制备了SIS生物活性墨水,同时负载核酸适配体Apt19S和骨诱导活性肽pBMP2构建骨诱导性ECM支架,以原位实现骨缺损修复再生,并且探究了如何利用磁性打印引导ECM胶原纤维的有序排列,为研究磁场对 ECM材料打印的调控规律并构建与天然骨类似的微纳有序梯度仿生结构提供借鉴,将来有望克服传统生物打印技术无法精细调控有序微观结构的缺点,具有一定的科学意义和临床应用前景。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Biomimetic porous scaffolds containing decellularized small intestinal submucosa and Sr2+/Fe3+ co-doped hydroxyapatite accelerate angiogenesis/osteogenesis for bone regeneration
含有脱细胞小肠粘膜下层和 Sr2/Fe3 共掺杂羟基磷灰石的仿生多孔支架可加速骨再生的血管生成/成骨
DOI:10.1088/1748-605x/ac4b45
发表时间:2022-03-01
期刊:BIOMEDICAL MATERIALS
影响因子:4
作者:Cui, Wei;Yang, Liang;Guo, Xiaodong
通讯作者:Guo, Xiaodong
DOI:10.1016/j.cej.2021.133459
发表时间:2021-11
期刊:Chemical Engineering Journal
影响因子:15.1
作者:Liang Yang;Shengyang Jin;Lei Shi;Ismat Ullah;Keda Yu;Wancheng Zhang;Lin Bo;Xianglin Zhang
通讯作者:Liang Yang;Shengyang Jin;Lei Shi;Ismat Ullah;Keda Yu;Wancheng Zhang;Lin Bo;Xianglin Zhang
In situ bone regeneration with sequential delivery of aptamer and BMP2 from an ECM-based scaffold fabricated by cryogenic free-form extrusion.
通过低温自由挤压制造的基于 ECM 的支架顺序输送适体和 BMP2 进行原位骨再生
DOI:10.1016/j.bioactmat.2021.04.013
发表时间:2021-11
期刊:Bioactive materials
影响因子:18.9
作者:Sun T;Meng C;Ding Q;Yu K;Zhang X;Zhang W;Tian W;Zhang Q;Guo X;Wu B;Xiong Z
通讯作者:Xiong Z
Sustained delivery of PlGF-2(123-144*)-fused BMP2-related peptide P28 from small intestinal submucosa/polylactic acid scaffold material for bone tissue regeneration.
小肠粘膜下层/聚乳酸​​支架材料持续递送 PlGF-2(123-144) 融合 BMP2 相关肽 P28 用于骨组织再生
DOI:10.1039/c9ra07868a
发表时间:2020-02-13
期刊:RSC ADVANCES
影响因子:3.9
作者:Xiong, Zekang;Cui, Wei;Sun, Tingfang;Teng, Yu;Qu, Yanzhen;Yang, Liang;Zhou, Jinge;Chen, Kaifang;Yao, Sheng;Shao, Zengwu;Guo, Xiaodong
通讯作者:Guo, Xiaodong
Creation of Bony Microenvironment with Extracellular Matrix Doped-Bioactive Ceramics to Enhance Osteoblast Behavior and Delivery of Aspartic Acid-Modified BMP-2 Peptides.
用细胞外基质掺杂生物活性陶瓷创建骨微环境以增强成骨细胞行为和天冬氨酸修饰的 BMP-2 肽的递送
DOI:10.2147/ijn.s272571
发表时间:2020
期刊:International journal of nanomedicine
影响因子:8
作者:Zhou J;Xiong Z;Liu M;Yang L;Yao S;Chen K;Yu K;Qu Y;Sun T;Guo X
通讯作者:Guo X
在体CRISPRa基因编辑诱导神经再生及神经肽分泌启动感染性骨缺损内源性骨再生研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    52万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    郭晓东
  • 依托单位:
神经血管化仿生骨膜原位诱导神经再生及神经-血管网络重建促进骨再生研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    55万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    郭晓东
  • 依托单位:
新型生物活性墨水原位打印原位诱导骨再生研究
  • 批准号:
    81672158
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    郭晓东
  • 依托单位:
纳米骨浆结合多喷嘴低温打印技术构建血管化骨诱导材料修复难治性骨缺损
  • 批准号:
    81371939
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    70.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    郭晓东
  • 依托单位:
骨形态发生蛋白2、7小分子活性肽的筛选优化及其仿生骨修复材料的研制
  • 批准号:
    81171684
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    郭晓东
  • 依托单位:
计算机辅助骨形态发生蛋白2小分子活性药物的设计、筛选及其成药性研究
  • 批准号:
    30973027
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    郭晓东
  • 依托单位:
载骨形态发生蛋白2活性肽的纳米仿生骨基质材料的研制
  • 批准号:
    30470483
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2004
  • 负责人:
    郭晓东
  • 依托单位:
载基因仿生基质材料对骨髓基质干细胞定向分化的调控
  • 批准号:
    30200063
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2002
  • 负责人:
    郭晓东
  • 依托单位:
国内基金
海外基金