三维打印具有促进成骨/成血管效应的掺锂生物活性玻璃陶瓷支架用于颌骨大尺寸缺损修复及机制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81671017
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H1507.牙缺损、缺失修复及牙颌畸形的矫治
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

As for numerous patients with jaw large size defects, the morphological and occlusal function reconstruction of the defect region may be very important to improve the survival quality of patients. It proposes higher requirements and challenges on the properties of bone graft materials. The bioglass scaffolds fabricated with traditional methods which possess poor mechanical properties and insufficient osteo/angio-stimulation activity, cannot meet the demand of the morphological/functional reconstruction. In present project, bioactive glass-ceramic scaffolds will be fabricated using 3D printing method, in which the controlled preparation of shape could meet the demand of jaw morphological reconstruction, and the controlled preparation of pore structure could optimize the mechanical properties. The incorporation of lithium ion into the porous scaffolds may achieve bidirectional inducing function on osteogenesis and angiogenesis. The regulative effects of lithium ion on osteogenesis and angiogenesis will be evaluated via control release of lithium ion from the porous scaffolds. Moreover, Wnt/β-catenin signaling pathway is acted as key signaling pathway, and its crosstalk and cascade with MAPK signaling pathway and PI3K/Akt signaling pathway will be evaluated in vitro. In canine alveolar cleft animal models, the regulative effects of 3D printing lithium doped bioglass scaffold that perfectly matches defect morphology on osteogenesis and angiogenesis will be revealed in vivo. It may provide theoretical basis for lithium-doped bioactive glass-ceramic scaffolds applied for jaw large size defect repair, and provide a new method and strategy for jaw large size defect repair.
临床上众多的颌骨大尺寸缺损患者中,缺损区域形态重建及咬合功能重建对于提升患者生存/生活质量至关重要,对骨修复材料性能提出更高的要求和挑战。传统方法制备的生物活性玻璃支架力学性能不理想及成骨/成血管诱导活性有限无法满足其形态/功能重建要求。本课题拟采用3D打印制备生物活性玻璃陶瓷多孔支架,通过形态可控制备满足颌骨形态重建需求,通过孔结构调控优化支架力学性能。并掺杂锂离子到多孔支架使其兼具成骨/成血管双向诱导功能;通过研究锂离子的可控释放探求其调控成骨/成血管细胞学效应,以Wnt/β-catenin信号通路作为关键信号通路,研究其与MAPK成骨信号通路及PI3K/AKT成血管信号通路间级联反应及交互作用。在犬牙槽突裂动物模型中,评价与缺损形态完全匹配的3D打印多孔支架调控体内成骨/成血管效应,可望为掺锂生物活性玻璃支架应用颌骨大尺寸缺损修复提供理论依据,为颌骨大尺寸缺损修复提供新的方法和策略。

结项摘要

临床上众多的颌骨大尺寸缺损患者中,缺损区域形态重建及咬合功能重建对于提升患者生存/生活质量至关重要,对骨修复材料性能提出更高的要求和挑战。传统方法制备的生物活性玻璃支架力学性能不理想及成骨/成血管诱导活性有限无法满足其形态/功能重建要求。本项目以目前国际广泛研究和应用的“CaO-SiO2-P2O5”系统生物玻璃陶瓷(BGC,摩尔比70Si-25Ca-5P)为基础,采用溶胶-凝胶方法,通过掺入LiCl替代部分Ca,形成凝胶后在800°C下煅烧,过筛制备出掺锂生物玻璃陶瓷粉体,进一步结合3D打印技术制备掺锂生物活性玻璃陶瓷支架材料;系统阐明掺锂生物活性玻璃陶瓷直接调控血管内皮细胞体外成血管效应以及通过BMSCs外泌体介导的旁分泌机制间接调控血管内皮细胞体外成血管效应;同时探讨掺锂生物活性玻璃陶瓷通过BMSCs外泌体介导的旁分泌机制调控巨噬细胞免疫状态的作用;在兔标准骨软骨缺损动物模型证实3D打印掺锂生物陶瓷调控体内骨再生的生物学作用。研究证实在生物玻璃陶瓷基础上掺杂锂离子可进一步促进内皮细胞增殖、迁移体外成管能力及成血管相关因子表达,Wnt/β-catenin、AKT和NF-kB信号通路参与了以上过程并存在级联交互作用;进一步研究证实掺锂生物活性玻璃陶瓷的锂离子释放可以通过外泌体miR-130a/PTEN/AKT信号通路促进BMSCs与内皮细胞之间信息交换,从而间接促进内皮细胞成血管作用;此外研究发现掺锂生物活性玻璃陶瓷可通过BMSCs外泌体介导的旁分泌途径激活miR-130a/PTEN/AKT信号轴促进巨噬细胞M2型极化,同时抑制巨噬细胞破骨向分化;体内实验证实,3D打印空心管结构掺锂生物活性玻璃陶瓷支架可促进体内血管新生。本研究通过借助生物玻璃陶瓷锂离子掺杂及3D打印技术协同提升生物陶瓷成骨/成血管诱导活性,可望为掺锂生物活性玻璃支架应用颌骨大尺寸缺损修复提供理论依据,为颌骨大尺寸缺损修复提供新的方法和策略。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(2)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Bone marrow stromal cells stimulated by strontium-substituted calcium silicate ceramics: release of exosomal miR-146a regulates osteogenesis and angiogenesis
锶取代硅酸钙陶瓷刺激骨髓基质细胞:外泌体 miR-146a 的释放调节成骨和血管生成
  • DOI:
    10.1016/j.actbio.2020.10.038
  • 发表时间:
    2021-01-01
  • 期刊:
    ACTA BIOMATERIALIA
  • 影响因子:
    9.7
  • 作者:
    Liu, Lu;Yu, Fei;Xia, Lunguo
  • 通讯作者:
    Xia, Lunguo
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瘦素对体外原代软骨细胞增殖分化及体内软骨再生的影响
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  • 发表时间:
    2019-04-01
  • 期刊:
    ACS BIOMATERIALS SCIENCE & ENGINEERING
  • 影响因子:
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  • 作者:
    Fu, Runqing;Han, Fengxuan;Xia, Lunguo
  • 通讯作者:
    Xia, Lunguo
甲状旁腺激素应用于成人正畸治疗的实验研究进展
  • DOI:
    10.19749/j.cn.cjgd.1672-2973.2019.02.010
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中华老年口腔医学杂志
  • 影响因子:
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  • 作者:
    王晓婷;陈荣敬;房兵
  • 通讯作者:
    房兵
Temporomandibular joint positional change accompanies post-surgical mandibular relapse—A long-term retrospective study among patients who underwent mandibular advancement
颞下颌关节位置变化伴随下颌术后复发——一项针对接受下颌前移患者的长期回顾性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Orthod Craniofac Res
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    M. Z. Miao;B. Wang;D. Wu;S. Zhang;S. Wong;O. Shi;A. Hu;L. Mao;B. Fang
  • 通讯作者:
    B. Fang
The synergistic effects of Sr and Si bioactive ions on osteogenesis, osteoclastogenesis and angiogenesis for osteoporotic bone regeneration
Sr和Si生物活性离子对骨质疏松骨再生的成骨、破骨细胞生成和血管生成的协同作用
  • DOI:
    10.1016/j.actbio.2017.08.015
  • 发表时间:
    2017-10-01
  • 期刊:
    ACTA BIOMATERIALIA
  • 影响因子:
    9.7
  • 作者:
    Mao, Lixia;Xia, Lunguo;Fang, Bing
  • 通讯作者:
    Fang, Bing

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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

        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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