力学-生化学耦合作用下关节软骨成熟发育机理及缺损修复的研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11572222
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A1001.生物固体力学与生物流体力学
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The cartilage tissue engineering has not become a conventional surgical method in clinical application now. The fibrillated cartilage and bad interfacial integration are the urgent problems in tissue engineering application. The repairing and reconstructing mechanism of defects for articular cartilage under mechanical-biochemical coupling signals is investigated based on the influence rule of cartilage maturity under these coupling signals since the mature process of immature cartilage is same as the repairing process of defect by artificial cartilage. The growth models from immature to mature cartilage are built under the coupling conditions of growth factor and mechanical loads including compressive, rolling and sliding loads. It is investigated for the grade of manurity of cartilage such as the mechanical property, chemical composition, histologic evaluation and so on under these coupling signals. The best coupling signal is determined. The repairing models for cartilage in vivo and vitro are built by using artificial cartilage constructed in 3D printing scaffold and the related experiments are conducted. The repair and integration aspects of immature and mature cartilage are studied including the proliferation, differentiation and migration of cell and the mechanical properties of tissue. The appropriate grade of manurity for artificial cartilage is obtained by investigating the effect of grade of manurity on integration of repaired tissue. This research work will contribute to solve the repair problems of cartilage defects in tissue engineering application.
软骨组织工程还没有成为临床上常规手术方法,其修复过程中还存在软骨纤维化及“缝隙”界面等急需解决的挑战。未成熟软骨向成熟发育的过程与植入缺损人工软骨的修复重建阶段类似,因此,首先研究力学-生化学耦合信号对软骨成熟发育的影响规律,然后探索该耦合信号作用下关节软骨缺损修复重建的机理。在压缩、滚动或滑动载荷及生长因子条件下建立未成熟关节软骨(天然和人工)加速向成年软骨转变模型,研究力学-生化学耦合作用下软骨发育的成熟度(机械性能、生化构成、组织学评价、细胞指标),确定成熟发育的耦合条件。采用3D打印支架为基础的人工软骨,开展体外/体内软骨缺损修复模型实验,研究未成熟软骨缺损修复、发育以及成年软骨缺损修复整合,包括细胞增殖、分化、迁移行为,组织宏微观力学性能测试及本构模型预测等;探索人工软骨不同成熟度对修复整合的影响,获得合适软骨成熟度指标。研究将有助于解决组织工程修复软骨缺损难题,推动其临床应用。

结项摘要

软骨组织工程还没有成为临床上常规手术方法,其修复过程中还存在软骨纤维化及“缝隙 ”界面等急需解决的挑战。未成熟软骨向成熟发育的过程与植入缺损人工软骨的修复重建阶段类似,因此,项目首先研究了力学-生化学耦合信号对软骨成熟发育的影响规律,然后探索了该耦合信号作用下关节软骨缺损修复重建的机理。采用3D打印技术制备了II型胶原-丝素蛋白人工软骨支架,通过测试支架的降解性能、生物相容性及力学性能,获得了优化的人工软骨支架。基于此支架,建立了力学-生化学耦合作用下软骨培养、发育模型,检测了耦合信号作用下软骨培养、发育过程中的细胞增殖、分化,以及组织、结构、性能的变化;同时,采用实验测试和理论预测研究了不同力学载荷下未成熟天然软骨与成年软骨的性能,将人工软骨与天然软骨的研究结果作对比,总结了力学-生化学耦合信号对软骨成熟发育的影响规律。建立了力学载荷下体外未成熟(幼年)软骨和成年软骨缺损模型,考察了缺损尺寸及力学载荷对两种缺损软骨性能的影响,获得了幼年和成年软骨自我修复的极限缺损尺寸;研究了含裂纹缺损软骨的力学性能及裂纹扩展行为,获得了软骨的裂纹扩展规律。建立了力学载荷下体外软骨缺损修复模型,研究了不同力学载荷下宿主软骨、修复界面及人工软骨区域的应力应变分布,探究了不同缺损形状修复后关节软骨力学行为的变化及修复区域的压力分布情况,分析了力学载荷对软骨缺损修复、界面整合的影响。将体外培养的人工软骨植入动物膝关节软骨缺损处,建立了力学载荷下关节软骨缺损修复动物模型,采用Micro-CT、HE染色、免疫组化等手段检测了修复不同时间时软骨缺损修复情况,分析了力学载荷和构建的人工软骨对体内软骨缺损修复、重建的影响。结合体内、外研究结果,总结了力学-生化学耦合信号对关节软骨发育、缺损修复、重建的作用机理。该研究将有助于解决组织工程修复软骨缺损难题,推动其临床应用。

项目成果

期刊论文数量(37)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(5)
专利数量(5)
高G环境下大鼠胫骨的力学性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中国组织工程研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘金;高丽兰;彭宇霖;张西正
  • 通讯作者:
    张西正
腰椎后路椎间融合术隐性失血量的评估与分析
  • DOI:
    10.16548/j.2095-3720.2017.04.012
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    武警后勤学院学报(医学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    石齐;孙明林;高丽兰
  • 通讯作者:
    高丽兰
Depth-dependent ratcheting strains of young and adult articular cartilages by experiments and predictions
通过实验和预测研究年轻和成人关节软骨的深度依赖性棘轮应变
  • DOI:
    10.1186/s12938-019-0705-7
  • 发表时间:
    2019-07
  • 期刊:
    BioMedical Engineering Online
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Gao Li Lan;Lin Xiang Long;Liu Dong Dong;Chen Ling;Zhang Chun Qiu;Gao Hong
  • 通讯作者:
    Gao Hong
Ratcheting behavior of UHMWPE reinforced by carbon nanofibers (CNF) and hydroxyapatite (HA): Experiment and simulation
碳纳米纤维(CNF)和羟基磷灰石(HA)增强UHMWPE的棘轮行为:实验与模拟
  • DOI:
    10.1016/j.jmbbm.2018.08.022
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Jianhai Wang;Hong Gao;Lilan Gao;Yun Cui;Zhengyuan Song
  • 通讯作者:
    Zhengyuan Song
含裂纹缺损关节软骨的单轴准静态拉伸性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中国组织工程研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    司雲朋;高丽兰;张春秋;彭宇霖
  • 通讯作者:
    彭宇霖

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其他文献

滑动载荷作用下关节软骨不同层区的法向位移
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    医用生物力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    高丽兰;张春秋;刘志动;肖朋朋
  • 通讯作者:
    肖朋朋
骑行时不同屈曲角度膝关节软骨受力分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中国生物医学工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马雪梅;张春秋;高丽兰;叶金铎;张西正
  • 通讯作者:
    张西正
关节软骨的非线性粘弹性松弛模型
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    医用生物力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    高丽兰;张春秋;史津平
  • 通讯作者:
    史津平
关节软骨在滑动载荷作用下力学行为的模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    医用生物力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    肖朋朋;高丽兰;门玉涛;张春秋
  • 通讯作者:
    张春秋
针对细胞高加速度离心式加载机的研制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    中国组织工程研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    葛洪玉;张春秋;高丽兰;张西正
  • 通讯作者:
    张西正

其他文献

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高丽兰的其他基金

力学间隙性泵运转活性分子治疗早期骨关节炎的机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
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    54 万元
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    面上项目
力学间隙性泵运转活性分子治疗早期骨关节炎的机制研究
  • 批准号:
    32271371
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
人体关节软骨不同层区力学行为的研究
  • 批准号:
    31000422
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    19.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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相似海外基金

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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

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          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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