利用3D生物打印技术构建类软骨多级结构功能化仿生支架在软骨再生中的应用

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81871770
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    55.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H0604.骨、关节、软组织损伤与修复
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Articular cartilage injury, which is the most common disease in sports medicine, is very hard to be cured. As the speeding development especially in rencent decades, tissue engineering (TE) technology has been a most promising way for cartilage regeneration, since cartilage can hardly regenerate by itself. Articular cartilage is a highly anisotropic tissue whose composition and organization varies greatly with depth. Traditional methods in material science can hardly re-construct the complexity of cartilage precisely and effectively. And the emerging and developing of the 3D bio-printing technology gave us a powful tool to solve this problem. In the present study, based on the previous results, we first planned to synthesize a brand new bio-ink using hyaluronic acid (HA) and silk fibroin mixed hydrogel, and then make modification on this hydrogel with mesenchymal stem cells (MSCs) affinity peptide, in order to let this hydrogel possess the function of recruiting endogenous MSCs. After this, we will use this bio-ink to print a HA-SF multi-layer funtional hydrogel biomimetic scaffold via 3D bio-printing technology for the cartilage regeneration. In the printing process, we will also add BMP-2 and TGF-β3 in the different layer for the chondrogenesis and the interface healing of subchondral bone and cartilage. Finally, we will construct a biomimetic functional multi-layer scaffold for the cartilage regeneration, which can simulate the normal cartilage structure, recruit endogenous MSCs, and provide a promising microenviroment for the cartilage regeneration. In this study, we will also investigate the detail mechanism of the MSCs affinity peptide and the microenviroment changing during the whole regeneration process.
关节软骨损伤是运动医学领域的难治性伤病。组织工程技术的出现和不断发展,为像关节软骨这样自我修复能力差的组织再生带来了希望。关节软骨具有多级分层的复杂结构,传统的材料学方法难以精确且高效地模拟和构建其结构,而近些年3D生物打印技术迅速发展为此提供了一个强有力的工具。本研究首先在先前研究的基础上,合成透明质酸(HA)-蚕丝蛋白(SF)生物墨水,并利用间充质干细胞(MSCs)亲和多肽对其进行修饰,使其具有募集内源性MSCs的能力。随后采用3D生物打印技术,以这种功能化的生物墨水为原料,构建一个模拟正常关节软骨结构的HA-SF多级分层功能化水凝胶仿生支架,并在打印过程中分层加入BMP-2和TGF-β3来诱导成软骨以及与软骨下骨的界面愈合,最终获得一个模拟正常软骨结构、能够募集内源性MSCs、且能够为软骨再生提供一个良好微环境的功能化水凝胶支架。并对亲和多肽作用机制和再生过程中微环境的改变进行阐明。

结项摘要

关节软骨损伤是运动医学领域的难治性伤病。正常的关节软骨具有多级分层的复杂结构,传统的材料学方法难以精确且高效地模拟和构建其复杂的结构。本研究利用3D打印技术逐层打印和构建一个模拟正常关节软骨结构的丝素蛋白-透明质酸多级分层功能化水凝胶仿生支架,并利用间充质干细胞亲和多肽(E7)对其进行修饰,使其具 有募集内源性间充质干细胞的能力,最终获得一个模拟正常软骨结构、能够募集内源性间充质干细胞、且能够为软骨再生提供一个良好的微环境的功能化水凝胶支架。并对亲和多肽作用机制以及再生过程中微环境的改变进行阐明。.本项目最终通过构建葡苷聚糖微球这种本身不具有细胞黏附能力的材料作为E7多肽载体,验证了E7对于间充质干细胞的亲和能力,并且发现E7通过LncRNA H19/miR675表观调控轴促进BMSC向软骨细胞分化,初步阐明了E7多肽对于间充质干细胞粘附、增殖以及分化的作用机制。随后,通过3D打印技术成功构建了基于天然材料丝素蛋白和透明质酸的水凝胶生物仿生支架用于关节软骨修复。研究结果表明,所构建的支架具有类软骨的多层多孔结构以及良好的生物力学强度,并且通过利用干细胞亲和多肽E7对水凝胶支架进行修饰,提升了募集自体干细胞的能力,为软骨再生提供了一个有利于细胞迁移、增殖以及分化的微环境。最终通过动物实验证明了该支架具有优越的关节软骨修复能力,将来具有非常良好的临床应用前景。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
RIP1 Perturbation Induces Chondrocyte Necroptosis and Promotes Osteoarthritis Pathogenesis via Targeting BMP7.
RIP1 扰动通过靶向 BMP7 诱导软骨细胞坏死并促进骨关节炎发病机制
  • DOI:
    10.3389/fcell.2021.638382
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Frontiers in cell and developmental biology
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Cheng J;Duan X;Fu X;Jiang Y;Yang P;Cao C;Li Q;Zhang J;Hu X;Zhang X;Ao Y
  • 通讯作者:
    Ao Y
A digital method of measuring cartilage defects under an arthroscope.
一种在关节镜下测量软骨缺陷的数字方法。
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    American Journal of Translational Research
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Ren Shuang;Liu Zhenlong;Jiang Yanfang;Meng Qingyang;Zhu Jingxian;Shao Zhenxing;Hu Xiaoqing;Gong Xi;Ao Yingfang
  • 通讯作者:
    Ao Yingfang
Stepwise Cross-Linking of Fibroin and Hyaluronic for 3D Printing Flexible Scaffolds with Tunable Mechanical Properties
丝蛋白和透明质酸的逐步交联,用于 3D 打印具有可调机械性能的柔性支架
  • DOI:
    10.1021/acsbiomaterials.0c00368
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    ACS Biomaterials-Science & Engineering
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Sun M;Cheng J;Zhang J;Wu N;Zhao F;Li Z;Yu H;Duan X;Fu X;Hu X;Chen H;Ao Y
  • 通讯作者:
    Ao Y
Earlier and More Severe Cartilage Degeneration Occurs After Meniscal Tears in Juvenile Rabbits Compared with Adults.
与成年兔相比,幼年兔半月板撕裂后出现更早、更严重的软骨退化
  • DOI:
    10.1177/19476035221138959
  • 发表时间:
    2023-03
  • 期刊:
    CARTILAGE
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Yan, Wenqiang;Fan, Yifei;Dai, Wenli;Cheng, Jin;Zhao, Fengyuan;Yang, Shuai;Li, Yuwan;Maimaitimin, Maihemuti;Cao, Chenxi;Shao, Zhenxing;Li, Zong;Wang, Hongde;Hu, Xiaoqing;Ao, Yingfang
  • 通讯作者:
    Ao, Yingfang
Cryo-self-assembled silk fibroin sponge as a biodegradable platform for enzyme-responsive delivery of exosomes.
冷冻自组装丝素蛋白海绵作为外泌体酶响应递送的可生物降解平台
  • DOI:
    10.1016/j.bioactmat.2021.06.017
  • 发表时间:
    2022-03
  • 期刊:
    Bioactive materials
  • 影响因子:
    18.9
  • 作者:
    Sun M;Li Q;Yu H;Cheng J;Wu N;Shi W;Zhao F;Shao Z;Meng Q;Chen H;Hu X;Ao Y
  • 通讯作者:
    Ao Y

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圆砾地层原状土泥膜形成效果试验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    施工技术(中英文)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    封坤;王运超;李德斌;路开道;邵振兴;刘四进
  • 通讯作者:
    刘四进

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滑膜间充质干细胞亲和多肽生物学机制及在构建功能化水凝胶组织工程软骨支架中的应用研究
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    81401778
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    青年科学基金项目

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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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