兼具促成骨及抗菌性能钛基植入体生物功能性界面研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51673032
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0308.生物医用有机高分子材料
  • 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

Regarding the clinical challenges of titanium and titanium alloys implants being lack of osseointegration with surrounding bone tissue and potential bacterial infection, this project proposes a concept of constructing TiO2 nanotubes arrays as nano-reservoirs on titanium-based materials, which would be covered by layer-by-layer (LBL) polymer multilayered structures. By using the nano-reservoirs to load single/multi components of bioactive factors stimulating bone formation and antibacterial agents, it would be helpful for retaining their bioactivities. Through the design of biofunctional macromolecules for multilayered structures, it would achieve bacterial infection responsive (pH, hyaluronidase, etc.) controllable drug release. The project will employ three models (cell, bacteria, cell-bacteria co-culture) to systematically investigate the effects of the nano-reservoirs interface on the adhesion, proliferation and differentiation of mesenchymal stem cells/osteoblasts and bacteria, and subsequently to reveal the underlying molecular mechanisms by using RT-PCR and Western Blot techniques. Finally, the project will confirm the biological responses of titanium-based implants in vivo in respect to the bacterial inhibition deriving from methicillin-resistant staphylococcus aureus (MRSA) infection and new bone formation. The project would not only investigate the fundamental science issues on the interactions between biofunctional interface of titanium-based materials and cells/bacteria, but also afford scientific evidence and new technologies for the exploiting anti-bacterial implants for bone repair with original intellectual property rights.
针对钛及钛合金植入体与周边骨组织缺乏整合性及潜在术后感染的临床挑战,本项目提出在钛基材上以原位TiO2纳米管阵列及层层组装(LBL) 高分子多层结构封盖构筑纳米储池的设计构思。利用纳米储池加载单/多组元促成骨生物活性因子及抗菌剂,保持其生物活性。通过多层结构生物功能性大分子设计,实现细菌感染响应性(pH、透明质酸酶等)的药物可控释放。利用细胞、细菌、细胞-细菌共培养三种模式系统研究纳米储池界面结构对骨髓间充质干细胞、成骨细胞及细菌粘附、增殖、分化的影响规律。进而,利用RT-PCR及Western Blot技术探究其潜在分子机制。最后,以动物实验验证钛基植入体对以耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)为代表引起的细菌感染的抑菌性能及促新骨形成能力等体内生物学响应。本研究不仅将探究钛基材生物功能性界面与细胞、细菌相互作用的基本科学问题,而且为研发自主知识产权抗菌骨修复植入体提供科学依据和新技术。

结项摘要

钛基植入体植入体内后,面临两大临床挑战:缺乏与周边骨组织整合性及细菌感染,直接决定了植入成败及长期使用寿命。钛基材料植入体内后,时序性蛋白吸附、细胞粘附/增殖/分化、组织形成的生物级联反应都发生其表/界面。鉴于此,我们利用钛基材表面纳米储池加载生物活性物质、层层组装高分子多层结构封盖等策略开展研究。相关研究涉及生物功能性大分子筛选、合成与表征;钛基TiO2纳米管阵列储池界面构建与表征;钛基纳米储池界面体外生物学评价;钛基纳米储池界面植入体体内生物响应验证等研究内容。除了圆满完成相关研究内容,本项目还拓展了钛基材表面光热/光动力抑菌及促骨修复相关研究。具体研究内容包括:(1)钛基材表面纳米管储池抗菌界面设计及与细胞/组织相互作用;(2)钛基材微纳结构抗菌表界面构筑及生物学效应;(3)钛纳米管拓扑结构及储池调控干细胞分化分子机制及促骨组织修复;(4)钛材表面MOF复合涂层抗菌及促骨修复研究;(5)钛基材表面光热/光动力抗菌及促骨修复研究。.总体上讲,项目进展顺利,完成情况良好,在生物材料领域高质量期刊诸如Biomaterials (5)、ACS Nano、Applied Materials Today、Chemical Engineering Journal、Acta Biomaterialia、Journal of Materials Chemistry B等发表SCI论文24篇;获权国家发明专利4项,申请国家发明专利2项;培养国家级人才1名,博士后1名,博士研究生8名,硕士研究生5名,共计15名。各项指标都超过或成倍于合同要求的指标。已取得的“兼具促成骨及抗菌性能钛基植入体生物功能性界面” 研究成果,为今后进一步研发生物功能性钛基植入体用于临床骨修复打下了坚实的基础。

项目成果

期刊论文数量(24)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
A dual-functional implant with an enzyme-responsive effect for bacterial infection therapy and tissue regeneration
具有酶响应作用的双功能植入物,用于细菌感染治疗和组织再生
  • DOI:
    10.1039/c9bm01924c
  • 发表时间:
    2020-04-07
  • 期刊:
    BIOMATERIALS SCIENCE
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Ding, Yao;Hao, Yansha;Cai, Kaiyong
  • 通讯作者:
    Cai, Kaiyong
Enzyme responsive titanium substrates with antibacterial property and osteo/angio-genic differentiation potentials
具有抗菌特性和骨/血管生成分化潜力的酶响应钛基质
  • DOI:
    10.1016/j.colsurfb.2019.110592
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Colloids and Surfaces B: Biointerfaces
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yu Yonglin;Ran Qichun;Shen Xinkun;Zheng Hong;Cai Kaiyong
  • 通讯作者:
    Cai Kaiyong
Fabrication of enzyme-responsive composite coating for the design of antibacterial surface
用于抗菌表面设计的酶响应复合涂层的制备
  • DOI:
    10.1007/s10856-018-6171-0
  • 发表时间:
    2018-10
  • 期刊:
    Journal of Materials Science: Materials in Medicine
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Liu Peng;Hao Yansha;Ding Yao;Yuan Zhang;Liu Yisi;Cai Kaiyong
  • 通讯作者:
    Cai Kaiyong
医用材料表界面设计及其与细胞相互作用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Acta Polymerica Sinica
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    王蓉;沈新坤;胡燕;蔡开勇
  • 通讯作者:
    蔡开勇
Zn-incorporation with graphene oxide on Ti substrates surface to improve osteogenic activity and inhibit bacterial adhesion
在钛基底表面掺入氧化石墨烯以提高成骨活性并抑制细菌粘附
  • DOI:
    10.1002/jbm.a.36740
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Biomedical Materials Research Part A
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Tao Bailong;Chen Maowen;Lin Chuanchuan;Lu Lu;Yuan Zhang;Liu Ju;Liao Qiang;Xia Zengzilu;Peng Zhihong;Cai Kaiyong
  • 通讯作者:
    Cai Kaiyong

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其他文献

中空Fe_3O_4-PB复合纳米粒类Fenton催化降解苯酚
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    蔡开勇
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  • 发表时间:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    蔡开勇
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    杨维虎
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  • DOI:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    邓林红
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    胡燕;蔡开勇
  • 通讯作者:
    蔡开勇

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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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