骨组织工程支架用多孔镁合金的制备及其生物降解与骨响应机理

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51571143
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0102.金属材料制备与加工
  • 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

In order to solve the deficiency of strength, plasticity and forming ability for currently clinical used bone tissue engineering scaffolds made by bio-ceramic and polymer materials, the present project proposal proposes the research and development of Mg-based bone tissue engineering scaffold based on the merits of osteoinductivity and biodegradability of the magnesium alloy. Using titanium particles as pore media, the composite of Mg alloy/Ti particles will be produced by vacuum differential infiltration casting process. The detach problem of Ti particles filler and Mg alloy matrix will be solved according to the principle that pure titanium is corroded easily in hydrofluoric acid and magnesium alloy in hydrofluoric acid is very easy to form MgF2 compact protective film to protect the Mg matrix from corrosion. The infiltration casting process of magnesium alloy porous materials will be optimized by numerical simulation. The correlations between the pore structure characteristics of magnesium alloy scaffolds and mechanical properties, degradation behavior and cell adhesion and proliferation behavior will be studied systematically and established, and it will direct to prepare Mg-based bone tissue engineering scaffolds with the ideal configuration. The Mg-based porous scaffold will be performed the surface treatment by a chemical conversion coating method in order to further regulate the degradation behavior, and the regulation mechanism of degradation will be studied and clarified. The interaction between bone cells and Mg alloy scaffolds will be studied and the bone conduction and osteoinductivity (i.e. bone response) mechanism of Mg alloy tissue engineering scaffolds will be elucidated. The research output from the present project will lay a solid scientific theory and technical basis for further clinical applications research of Mg-based tissue engineering scaffolds.
针对临床应用的生物陶瓷和高分子材料制备的骨组织工程支架在强度、塑性和成形性等方面的不足,本申请提出利用镁合金表现出的成骨诱导和可降解特性,将镁合金制备成骨缺损修复用组织工程支架。以金属钛粒子为造孔介质,采用真空调压渗流铸造工艺制备镁合金/钛颗粒复合体,巧妙利用纯钛不耐氢氟酸腐蚀,而镁合金在氢氟酸中极易形成致密的MgF2保护膜而不被腐蚀的原理,解决填料粒子和镁合金基体的分离难题。采用数值模拟优化镁合金多孔材料渗流铸造制备工艺,研究镁合金组织工程支架的孔结构与其力学性能、降解行为及细胞黏附和增殖行为之间的关联规律,获得理想的骨组织工程支架构型。采用化学转化涂层法对镁合金组织工程支架进行表面处理,进一步调控组织工程支架的降解行为,阐明调控机理。研究细胞与组织工程支架的相互作用,揭示镁合金组织工程支架的骨传导和骨诱导(骨响应)机理。为镁合金骨组织工程支架的临床应用研究奠定坚实的科学理论和技术基础。

结项摘要

创伤、肿瘤切除、感染以及先天性骨病等常见病例都会涉及大段骨缺损的修复治疗,国内平均每年此类损伤功能丧失率可达19.8%,截肢率高达10.4%,严重威胁着患者的生命健康。骨组织工程支架可以从结构和功能上模拟待修复宿主组织,为组织再生重建提供三维再生空间。如何通过支架的孔隙特征(单元孔形结构,孔径分布和孔隙率等)设计来提高宿主细胞及组织长入速率、血管网络快速形成能力,进一步缩短再生修复周期,是目前节段性骨缺损修复支架研制的关键问题。本项目采用自主研发的专利制备技术,所研制的三维联通、孔隙特征可精确调控的可降解镁合金骨组织工程支架,可以免除负载骨细胞生长因子同样达到快速修复骨缺损的目的,这为实现快速高质量长入新骨、防止骨不连的发生提供了新的思路和更高效成骨的技术手段,具有光明的临床应用前景。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
The in vivo degradation and bone-implant interface of Mg-Nd-Zn-Zr alloy screws: 18 months post-operation results
Mg-Nd-Zn-Zr合金螺钉的体内降解和骨-种植体界面:术后18个月的结果
  • DOI:
    10.1016/j.corsci.2016.10.009
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Corrosion Science
  • 影响因子:
    8.3
  • 作者:
    Jialin Niu;Meiping Xiong;Xingmin Guan;Jian Zhang;Hua Huang;Jia Pei;Guangyin Yuan
  • 通讯作者:
    Guangyin Yuan
Precise fabrication of open porous Mg scaffolds using NaCl templates: Relationship between space holder particles, pore characteristics and mechanical behavior
使用 NaCl 模板精确制造开孔镁支架:空间保持颗粒、孔隙特性和机械行为之间的关系
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    Materials and Design
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Jia Gaozhi;Hou Yi;Chen Chenxin;Niu Jialin;Zhang Hua;Huang Hua;Xiong Meiping;Yuan Guangyin
  • 通讯作者:
    Yuan Guangyin
Macrophage phagocytosis of biomedical Mg alloy degradation products prepared by electrochemical method
电化学法制备的生物医用镁合金降解产物的巨噬细胞吞噬作用
  • DOI:
    10.1016/j.msec.2017.02.126
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Materials Science and Engineering: C
  • 影响因子:
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  • 作者:
    Zhang Jian;Hiromoto Sachiko;Yamazaki Tomohiko;Huang Hua;Jia Gaozhi;Li Haiyan;Yuan Guangyin
  • 通讯作者:
    Yuan Guangyin
Research on Biodegradable Mg-Zn-Gd Alloys for Potential Orthopedic Implants: In Vitro and in Vivo Evaluations
用于潜在骨科植入物的可生物降解 Mg-Zn-Gd 合金研究:体外和体内评估
  • DOI:
    10.1021/acsbiomaterials.8b01563
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    ACS Biomaterials-Science & Engineering
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Miao Hongwei;Zhang D;an;Chen Chenxin;Zhang Lei;Pei Jia;Su Yun;Huang Hua;Wang Zhongchang;Kang Bin;Ding Wenjiang;Zeng Hui;Yuan Guangyin
  • 通讯作者:
    Yuan Guangyin
可降解镁合金临床应用的最新研究进展
  • DOI:
    10.1038/s41598-021-88481-4
  • 发表时间:
    2021-04-29
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Mahdi A;Błaszczyk P;Dłotko P;Salvi D;Chan TS;Harvey J;Gurnari D;Wu Y;Farhat A;Hellmer N;Zarebski A;Hogan B;Tarassenko L
  • 通讯作者:
    Tarassenko L

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  • 通讯作者:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    袁广银

其他文献

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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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