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M2型巨噬细胞早期靶向富集促内源性再生的骨修复支架构建及其材料生物学效应

批准号:
32071346
项目类别:
面上项目
资助金额:
61.0 万元
负责人:
唐为
学科分类:
生物材料与生物效应
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
唐为

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
巨噬细胞介导的炎症微环境深刻影响骨缺损修复过程与质量,其M1/M2极化表型与分泌功能可塑性是调控炎症微环境的关键。早期炎症过程中巨噬细胞向M2表型极化有助于促再生修复微环境形成。基于此,围绕“调控炎症微环境,促骨再生效能”这一研究思路,本项目以巨噬细胞可塑性为切入点,结合M2pep多肽的M2型巨噬细胞靶向亲和性,构建可有效富集M2型巨噬细胞的多级结构介孔生物活性玻璃支架MBG-M2pep。以期提高支架-损伤区域M2型巨噬细胞浸润丰度,促进炎症微环境转化,介导增强骨组织内源性修复。并通过系统的体内外模型评价,辨析该“原位靶向富集策略”较“细胞因子极化诱导策略”的差异性;揭示M2型巨噬细胞原位富集所形成的材料-细胞-因子微环境调控巨噬细胞生物学行为的重要规律;阐明其介导的炎症微环境调控间充质干细胞募集分化、血管新生的关键机制。为新型骨修复材料的设计、制备和材料生物学效应研究提供研究基础。
英文摘要
Macrophages-mediated inflammatory microenvironment plays critical roles on the process and quality of bone regeneration. The heterogeneous population of macrophages and their related M1/M2 phenotypes as well as secretion function are considered to be the primary regulators of inflammatory response. Promoting the phenotypic transition towards M2 phenotype has been demonstrated to facilitate the pro-healing microenvironment formation. Based on the principles of “regulating inflammatory microenvironment, thereby enhancing endogenous bone regeneration”, we propose a biofunctional MBG-M2pep scaffold based on hierarchically mesoporous bioactive glass (MBG) and M2 macrophage high binding affinity peptide of M2pep. Combining the specific bind affinity of M2pep with M2 macrophage, the scaffold can increase the enrichment of M2 macrophages in the damaged areas, mediate the immune responses during the early stage inflammation, and further stimulate the endogenous bone formation. Systematically, we will explore the in-vivo biologic differences and regeneration outcomes between the “in situ M2 macrophages enrichment strategy” and the “cytokine-induced polarization strategy”, reveal the relationship between macrophages, mesenchymal stem cells and endothelial cells, and further illuminate the key factors during the inflammation-mediated bone healing. We hope that the concepts proposed in this study might provide new thoughts on development of future orthopedic biomaterials.
人口老龄化加剧导致组织修复材料需求激增,但现有材料难以满足老龄组织缺损修复需求。如何开发高性能材料,调控衰老-损伤-炎症叠加的病理微环境,使其向促再生方向转化,是材料和医学领域的难点。针对上述问题,本项目系统研究了氢分子在调控老龄骨多种细胞衰老进程、调节免疫细胞极化行为以及维持干细胞活性方面的生物学效应;并开发了一种具有高产氢率(911 mL/g)和良好生物相容性的硅化钙纳米材料(CaSi2,CSN);通过静电喷涂技术,以可降解聚合物聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoate,PHA)为载体,将CSN与PHA喷涂于介孔活性玻璃(Mesoporous Bioactive Glass,MBG)支架上,实现了体内持续水解释氢的功能。该支架体系中CSN的释氢量较传统注射等量富氢水高出46000倍,且支架的释氢时间显著优于富氢水的30分钟。老龄小鼠临界骨缺损模型验证结果证明:原位释氢能够有效延缓细胞衰老进程,调控巨噬细胞介导的炎症反应,并与未干预组相比,实现了M1/M2极化的翻转;显著抵抗干细胞衰老,维持干细胞活性,其中干细胞衰老比例降低了19倍;促进Type H型血管的形成,激活成骨前体细胞,为骨组织再生创造有利的微环境;成功实现24月龄老龄小鼠临界股骨缺损修复。此外,该支架的降解产物主要为Ca2+和SiO32-,具有高生物安全性和骨诱导活性,极具临床应用潜力。.同时,我们还针对慢性炎症疾病治疗开展了研究工作。类风湿性关节炎是一类长期炎症因子刺激和免疫细胞浸润的退行性疾病,药物治疗存在副作用强、疗效短暂等问题。针对关节炎微环境中自由基和乳酸过表达,通过全溶液合成法开发了一种具有金红石单晶结构的单分散氢掺杂二氧化钛纳米棒,有效实现了近红外光催化产氢和乳酸剥夺,从而联合校正了关节炎微环境,被Nature Reviews Rheumatology杂志副主编亮点评述。.执行期间,负责人以通讯(含共同)身份在Nature Communications、Science Advances、Biomaterials、Advanced Science等本领域权威期刊发表论文10篇,其中9篇为一区期刊;入选广东省青年拔尖人才、全球前2%顶尖科学家、中国科学院青促会会员;申请国家发明专利4项;培养研究生博士后共5名。
基于Eph/ephrin信号轴的ephrinB2高表达工程化细胞膜修饰支架介导大节段外周神经缺损修复及其材料生物学机制
基于“活性玻璃/明胶”多糖修饰的因子时序缓释支架构建及其促血管化和骨再生机制研究
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