可降解温敏性可注射改性甲壳素水凝胶的制备及其细胞载体的研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21674083
  • 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:
    B0507.医用材料化学
  • 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

Scaffold material is the key material in three-dimensional (3D) bioprinting and regenerative medicine. Hydrogels provide favorable microenvironments that promote cell retention and repair of damaged tissue for growing cells in 3D culture to form 3D aggregates. Based on the previous study of degradable thermosensitive polymers we firstly prepared thermosensitive injectable carboxymethyl chitin and hydroxypropyl chitin hydrogels by the homogenous method in NaOH/urea aqueous solution at low temperature, respectively. The obtained polymers which are soluble in water at low temperature become gel quickly at physiological condition at low polymer concentration of 0.5-4%. These modified chitin hydrogels show comparable advantages in thermosensitivity as Matrigel, a commercially available hydrogel widely used for research. However, Matrigel is an animal-derived product that promotes tumorigenicity and the growth of tumor cells in vivo. Furthermore, Matrigel presents some practical limitations in handling and processing, because it requires careful manipulation and must be maintained at constant cold temperature due to its not fully reversible thermoresponsiveness. Preliminary cell and animal experiments indicate that these modified chitin hydrogels are enzymatically degradable, non-cytotoxic and good in vivo biocompatibility. They can be injected and gel quickly inside the animal body and promote 3D cell growth. In this work, in order to study the effect of structure of the modified chitin on thermosensitivity and to explore the mechanism of temperature sensitivity for developing other thermosensitive polymers, a series of modified chitins with different structures will be synthesized. The cell adhesion and mechanical strength of the obtained material will be optimized through further polymer modification and in situ chemical crosslinking after thermal physical gelation to provide good method and strategy to develop suitable injectable polymeric hydrogels for cell delivery. A suitable modified chitin hydrogel will be obtained for in vitro 3D cell culture and clinic application in minimally invasive in situ tissue repair.
支架材料是三维生物打印和再生医学的关键材料,其中水凝胶接近于细胞外基质,对细胞三维生长和体内损伤组织原位修复最为有效。在研究可降解温敏性高分子基础上,我们首次通过低温尿素碱液溶解甲壳素,分别均相合成了温敏性可注射羧甲基和羟丙基改性甲壳素水凝胶。其能低温溶解,体温下快速成胶,且凝胶浓度低(0.5-4%),温敏可控,与已商业化的基质胶性能类似,但却没有基质胶的动物来源致癌风险及不可反复成胶使用的不足。初步的细胞和动物实验表明该类材料在生理条件下可快速成水凝胶,可酶解无毒,可促进细胞三维生长,体内组织相容性好。本项目拟研究改性甲壳素结构与其温敏特性间的关系,探索其温敏机理,为研发其它温敏性高分子提供理论指导。通过进一步改性结合温敏成胶和原位化学交联,优化材料的细胞粘附性和强度,为开发细胞载体用可注射水凝胶提供方法和思路。研制出可望用于体外三维细胞培养和临床原位组织微创修复的改性甲壳素水凝胶材料。

结项摘要

生物支架材料是三维细胞培养、生物打印和再生医学的关键材料,其中水凝胶接近于细胞外基质,对细胞三维生长和体内损伤组织原位修复最为有效,而开发新的温敏可注射可降解高分子水凝胶材料具有重要意义。利用低温尿素碱液水相体系首次均相合成了具有温敏性的低脱乙酰度羧甲基甲壳素、低脱乙酰度温敏性可注射羟丙基甲壳素及其可光交联的温敏可注射改性甲壳素水凝胶等,其能在低温生理水里溶解,体温下快速成胶,且凝胶浓度低(0.5-4%),温敏可控。研究了其结构与其转变温度之间的规律,发现保留较高乙酰基是这些改性甲壳素具有温敏性的共性,并且随着亲水基团的引入转变温度会升高,而引入憎水基团则会降低转变温度,为研发其它温敏性高分子提供了方法和思路。结合温敏成胶和原位化学交联,利用双网络体系,研制了系列新型可原位反应或光交联的可注射改性甲壳素水凝胶,双交联的方法(物理交联和化学交联)能大大提高温敏性水凝胶的力学强度。这些水凝胶在生理缓冲溶液中可长期保持自身结构的完整性,并且可以被溶菌酶生物降解,细胞毒性实验表明这些水凝胶无毒副作用,不影响细胞生长。动物体内注射实验表明这些水凝胶具有在体内可注射可快速原位成胶的能力和良好的生物相容性,这些可注射改性甲壳素水凝胶作为细胞载体开展了体外三维细胞培养、三维细胞打印和动物体内组织修复的研究,研究结果表明该温敏性可降解羟丙基甲壳素水凝胶在医疗器械植入材料、大分子药物和细胞载体等方面,具有很好的应用前景,为开发细胞载体用可注射水凝胶和临床原位组织微创修复材料提供了新的方法和思路。已发表标注SCI论文15篇,其中1区4篇,2区9篇,影响因子大于5的12篇,大于7的8篇;已获中国发明专利授权2项,申请四项;培养并已获得硕士学位毕业5名和博士学位4名。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
Mesenchymal stem cell-loaded thermosensitive hydroxypropyl chitin hydrogel combined with a three-dimensional-printed poly(epsilon-caprolactone)/nano-hydroxyapatite scaffold to repair bone defects via osteogenesis, angiogenesis and immunomodulation
间充质干细胞负载热敏羟丙基甲壳素水凝胶与三维打印聚(ε-己内酯)/纳米羟基磷灰石支架相结合,通过成骨、血管生成和免疫调节修复骨缺损
  • DOI:
    10.7150/thno.39167
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Theranostics
  • 影响因子:
    12.4
  • 作者:
    Ji Xiongfa;Yuan Xi;Ma Limin;Bi Bo;Zhu Hao;Lei Zehua;Liu Wenbin;Pu HongXu;Jiang Jiawei;Jiang Xulin;Zhang Yu;Xiao Jun
  • 通讯作者:
    Xiao Jun
Degradable porous carboxymethyl chitin hemostatic microspheres
可降解多孔羧甲基甲壳素止血微球
  • DOI:
    10.1080/09205063.2020.1760461
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yong Zhao;Jiazhen Li;Fan Leng;Siyao Lv;Wei Huang;Weiqing Sun;Xulin Jiang
  • 通讯作者:
    Xulin Jiang
Photocrosslinked methacrylated carboxymethyl chitin hydrogels with tunable degradation and mechanical behavior
具有可调节降解和机械行为的光交联甲基丙烯酸酯化羧甲基甲壳素水凝胶
  • DOI:
    10.1016/j.carbpol.2016.12.032
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Carbohydrate Polymers
  • 影响因子:
    11.2
  • 作者:
    Kang Wenting;Bi Bo;Zhuo Renxi;Jiang Xulin
  • 通讯作者:
    Jiang Xulin
Thermosensitive and photocrosslinkable hydroxypropyl chitin-based hydrogels for biomedical applications
用于生物医学应用的热敏和光交联羟丙基甲壳素水凝胶
  • DOI:
    10.1016/j.carbpol.2018.03.031
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Carbohydrate Polymers
  • 影响因子:
    11.2
  • 作者:
    Yuan Meng;Bi Bo;Huang Jiachang;Zhuo Renxi;Jiang Xulin
  • 通讯作者:
    Jiang Xulin
An injectable enzymatically crosslinked tyramine-modified carboxymethyl chitin hydrogel for biomedical applications
用于生物医学应用的可注射酶交联酪胺改性羧甲基甲壳素水凝胶
  • DOI:
    10.1016/j.colsurfb.2018.12.029
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Colloids and Surfaces B: Biointerfaces
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Bi Bo;Liu Hui;Kang Wenting;Zhuo Renxi;Jiang Xulin
  • 通讯作者:
    Jiang Xulin

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其他文献

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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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  • 作者:
    付开乔;张光彦;蒋序林
  • 通讯作者:
    蒋序林

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]
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          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
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          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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