仿生前交叉韧带分阶段固定系统的构建与活化机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    81672187
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    60.0万
  • 负责人：
    边卫国
  • 依托单位：
    西安交通大学
  • 学科分类：
    H0605.骨、关节、软组织移植与重建
  • 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

Enlargement of bone tunnel and unreliable fixation are still the key problem confronting with surgeons and researchers during anterior cruciate ligament(ACL) reconstruction. Utilizing artificial grafts which are based on the “bone-patellartendon-bone” morphology and natural “tendon-bone connecting spot” micro-structure theory is a promising method to reconstruct impaired ACL in human. Bio-ceramic/zinc-magnesium alloy/poly-lactic acid(BZPA) fixation component is a novel bionic ACL repair system designed and manufactured by 3-dimentional printing technology. Besides, BZAP is designed as a stage-based fixation system due to the fact that zinc-magnesium alloy endobutton shows better mechanical property and bio-degradable character when fixing the end of artificial ACL at the beginning and bioceramic could be activated in the later stage. To achieve the best physiological healing of ACL without foreign body left, we hypothesis that BZPA could active the mesenchymal stem cells(MSCs ) and growth factors during bone tissue repair process. Thus, exploring the interaction of biodegradable metallic materials and host microenvironment would allow us to have a better understanding of using bionic manufacturing to repair bone-joint lesions in vitro and in vivo, and also establish a theoretical model of how to reconstruct impaired ACL to solve the urgent clinical problems.
针对目前临床上前交叉韧带（ACL）修复重建中存在的中远期骨道扩大、松动的问题，以经典骨-髌腱-骨型移植物的宏观形态和自然腱-骨止点骨微结构及材料、力学特性为设计依据，通过3D打印技术制造生物陶瓷/锌-镁合金/聚乳酸固定元件并构建仿生ACL固定系统，通过体外及动物实验进行评价。形成仿生制造/生物组装/外科操作植入的多工艺集成的ACL重建修复方法。预期通过设计、构建的分阶段固定方式（早期可降解锌-镁合金纽扣钢板机械固定/后期可活化生物陶瓷固定钉生物固定）实现ACL重建后无异物残留的生理性修复。阐明仿生结构设计、生物材料、细胞、因子在腱/生物陶瓷/骨界面组织修复过程中的作用，探讨各因素与宿主微环境在移植物活化中相互作用机理。探讨宏观形态及微结构仿生制造技术与可降解金属材料在骨关节损伤修复领域的应用前景。丰富3D打印临床应用的知识及理论。为ACL固定与重建难题的解决提供一种具有应用前景的新方法。

结项摘要

关节镜下前交叉韧带重建术后中远期骨道扩大和松动问题亟待解决。先进的生物活性材料提供了一个新的思路。本课题采用TCP/PEEK复合材料，利用先进的3D打印技术，成功制备出仿生的韧带固定螺钉，安全有效地促进了腱骨愈合，降低了术后骨道扩大等并发症的发生。同时，采用WE43制备成纽扣钢板作为牵拉固定，安全有效地促进了腱骨愈合。由于WE43中存在稀土元素，一定量稀土元素存在生物毒性。为解决此问题，课题组采用微合金设计，自研出新型Mg-Zn-Ca微合金，在生物安全性的前提下，实现了降解和力学强度丢失的平衡，为牵拉板制备提供了新的材料选择。. 本研究发现：采用TCP/PEEK螺钉作为隧内固定，可安全和有效地重建前交叉韧带；利用WE43牵拉板作为皮质固定，可安全有效地重建前交叉韧带；Mg-Zn-Ca的微合金设计，成功地避免稀土元素对人体毒性问题，且成功实现了降解速率和机械强度丢失的适配。. 本研究建立了采用TCP/PEEK骨钉（隧内固定），WE43牵拉板（皮质固定的）前交叉韧带固定原件的加工生产工艺，为前交叉韧带重建术后骨道扩大和松动问题的解决提供了全新的思路。其研究成果有望实现临床转化。

项目成果

期刊论文数量（7）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（1）
大尺寸骨软骨复合支架修复羊膝关节骨软骨缺损的初步研究
  • DOI：
    10.3969/j.issn.1000-7377.2017.10.008
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    陕西医学杂志
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    边卫国;钟亮;连芩;邱裕生;靳忠民
  • 通讯作者：
    靳忠民
3D打印聚醚醚酮人工椎板在腰椎后路椎板减压术中的初步运用
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    风湿病与关节炎
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    边卫国;张银刚;刘亮;毛茅;连芩
  • 通讯作者：
    连芩
Special Biodegradable Fixation Device for Anterior Cruciate Ligament Reconstruction–Safety and Efficacy in a Beagle Model
用于前十字韧带重建的特殊可生物降解固定装置——Beagle 模型的安全性和有效性
  • DOI：
    10.4271/03-14-01-0007
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    ACS Biomaterials-Science & Engineering
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Gen Wen Mao;Hai Bo Gong;Ying Wang;Xiang Li;Rong Lv;Juan Sun;Wei Guo Bian
  • 通讯作者：
    Wei Guo Bian
3D打印及数字化技术结合PBL在骨科住院医师规范化培训中的应用
  • DOI：
    10.13555/j.cnki.c.m.e.2017.04.043
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    医学教育研究与实践
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    边卫国;毛根稳;张银刚;杨康平;马兴
  • 通讯作者：
    马兴
Characterization and Mineralization of Strontium Doped Nano Hydroxyapatite Coating on Titanium Rods
钛棒上掺锶纳米羟基磷灰石涂层的表征与矿化
  • DOI：
    10.5755/j01.ms.23.3.17254
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    Materials Science-Medziagotyra
  • 影响因子：
    1
  • 作者：
    Wang Chuang;Li Qian;Yang Jianhai;Fu Tao;Jiang Yougui;Feng Meng;Qiu Yusheng;Ma Xing
  • 通讯作者：
    Ma Xing

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其他文献

基于3-D打印技术的软骨修复及软骨下骨重建
  • DOI：
    10.7507/1002-1892.20140072
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    中国修复重建外科杂志
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    张维杰;连芩;李涤尘;王坤正;靳忠民;边卫国;刘亚雄;贺健康;王玲
  • 通讯作者：
    王玲
多孔预置管道股骨头坏死髓芯植入体的设计与制造
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2011
  • 期刊：
    生物医学工程学杂志
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    边卫国;李涤尘;连芩;张维杰;朱林重;王坤正
  • 通讯作者：
    王坤正
基于3D打印技术的软骨修复及软骨下骨重建
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    中国修复重建外科杂志
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    张维杰;连芩;李涤尘;王坤正;靳忠民;边卫国;刘亚雄;贺健康;王玲
  • 通讯作者：
    王玲
基于3-D打印技术的韧带-骨复合支架制造与体内植入研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    中国修复重建外科杂志
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    张文友;贺健康;李翔;刘亚雄;边卫国;李涤尘;靳忠民
  • 通讯作者：
    靳忠民
3D打印及数字化技术结合PBL在骨科住院医师规范化培训中的应用
  • DOI：
    10.13555/j.cnki.c.m.e.2017.04.043
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    医学教育研究与实践
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    边卫国;毛根稳;张银刚;杨康平;马兴
  • 通讯作者：
    马兴

其他文献

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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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