基于“炎症微环境调节”的镁-卷曲石墨烯促进骨再生及机制探讨

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81901050
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H1508.口腔颅颌面组织生物力学和生物材料
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Bone substitute is a promising alternative for the treatment of bone defect. However, one of the biggest challenges to clinical success is the poor osteointegration after the in vivo transplantation, due to the adverse inflammation reaction, which leads to the compromised defect regeneration efficacy. Based on our preliminary study showing that the timely and accurate modulation of macrophage M2 polarization can help to modulate the inflammatory response and enhance the osteogenesis. Thus, we propose a novel magnesium wrapped graphene nanoscroll (Mg@GNS) nanoplatform, where the pro-inflammatory pattern of graphene oxide and can interact with immunoregulatory magnesium ions to create a desired pro-healing microenvironment at the biomaterial-host interface for downstream bone regeneration. In this study, we will develop and optimize the “inflammation modulation” based Mg@GNS nanoplatform to enhance downstream osteogenesis and investigate its underlying mechanism at the tissue, cell and molecular levels: (1) to optimize the construction of Mg@GNS nanoplatform, which can accurately modulate the inflammation microenvironment; (2) using prime polycaprolactone (PCL) scaffold as a model material, to explore whether the Mg@GNS coating could create a desired pro-healing microenvironment at the biomaterial-host interface for downstream osteointegration and osteogenesis; and (3) to investigate which factor plays an important role in Mg@GNS promoting bone regeneration in vitro by downstream. The systematically investigation of “inflammation modulation” based bone substitute technique will help to boost up the healing efficacy of bone substitute, minimize the individual variation and promote its clinical translation. On the other hand, it can serve as a useful reference for developing tissue regeneration strategies for other tissue defect treatment.
骨替代材料有望满足我国骨缺损治疗的巨大临床需求,但其临床转化瓶颈在于植入后由于局部不利炎症反应、新生组织难以长入,纤维愈合,功能性再生疗效有限。基于前期实验发现巨噬细胞介导的适时、适度炎症调节可促进骨缺损修复,我们构建了镁-卷曲石墨烯(Mg@GNS)纳米递释系统:借助独特的卷曲结构,“促炎”石墨烯和“抑炎”镁离子得以协同作用实现巨噬细胞精确时序性极化,构建适宜骨再生的微环境。我们拟建立“炎症微环境调节”Mg@GNS纳米递释系统以促进骨再生并从组织、细胞、分子水平研究其机理:①优化Mg@GNS实现精确炎症微环境调节;②与单纯聚己内酯支架对比,探索“炎症微环境调节”Mg@GNS涂层能否促进骨整合及功能性骨再生;③Mg@GNS是通过下游哪些因子促进骨再生。基于“炎症微环境调节”骨替代材料构建策略可提高疗效,减少个体差异,加速临床转化;也是现有骨功能性再生理论的重要补充,对其他组织修复有借鉴意义。

结项摘要

骨替代材料有望满足我国骨缺损治疗的巨大临床需求,但其临床转化瓶颈在于植入后由于局部不利炎症反应、新生组织难以长入,纤维愈合,功能性再生疗效有限。基于前期实验发现巨噬细胞介导的适时、适度炎症调节可促进骨缺损修复,我们通过精确调控巨噬细胞的极化状态来模拟生理状态的炎症过程,来提高人工骨的修复和骨整合效果。我们构建了镁-卷曲石墨烯(MgNPs@GNS)纳米递释系统。通过与巨噬细胞培养证实氧化石墨烯和缓释的活性金属离子Mg2+实现对巨噬细胞M0-M1-M2的时序性调节,优化局部炎症微环境。体内大鼠颅骨缺损模型证实炎症调节 MgNPs@GNS可以通过调节支架-组织界面炎症水平,促进支架材料植入后的骨再生和功能性整合效果;进一步机理研究表明巨噬细胞M1型极化有利细胞迁移,M2型极化有利于细胞增殖和分化,证实巨噬细胞时序性极化有利于骨再生,并初步表明TGF-β/SMAD在炎症微环境调控促进成骨分化中起调控作用。基于“炎症微环境调节”骨替代材料构建策略可进一步提高现有生物材料的骨修复疗效,减少个体差异,加速生物材料临床转化;也是现有骨功能性再生理论的重要补充,对其他组织修复也有这重要的借鉴意义。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
The "Yin and Yang" of Immunomodulatory Magnesium-Enriched Graphene Oxide Nanoscrolls Decorated Biomimetic Scaffolds in Promoting Bone Regeneration
免疫调节富镁氧化石墨烯纳米卷装饰仿生支架促进骨再生的“阴阳”
  • DOI:
    10.1002/adhm.202000631
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Advanced Healthcare Materials
  • 影响因子:
    10
  • 作者:
    Zheng Zhiwei;Chen Yahong;Hong Hao;Shen Yi;Wang Yun;Sun Jian;Wang Xiansong
  • 通讯作者:
    Wang Xiansong
Modification of the anterior-posterior tongue rotation flap for oral tongue reconstruction
舌前后旋转皮瓣的改良用于口腔舌重建
  • DOI:
    10.1002/hed.26409
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Head and Neck-Journal for the Sciences and Specialties of the Head and Neck
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Lu Junqin;Chen Yahong;Xia Rong-Hui;Shen Yi;Zheng Zhiwei;Sun Jian
  • 通讯作者:
    Sun Jian
Magnesium-organic framework-based stimuli-responsive systems that optimize the bone microenvironment for enhanced bone regeneration
基于镁有机框架的刺激响应系统,可优化骨微环境以增强骨再生
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2020.125241
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Chemical Engineering Journal
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Zheng Zhiwei;Chen Yahong;Guo Bing;Wang Yun;Liu Wei;Sun Jian;Wang Xiansong
  • 通讯作者:
    Wang Xiansong

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其他文献

小江回水区原生动物和轮虫群落结构特征研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    水生态学杂志
  • 影响因子:
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  • 作者:
    陈小娟;潘晓洁;冯坤;郑志伟;彭建华;万成炎;赵秀兰
  • 通讯作者:
    赵秀兰
三峡水库小江流域常见鱼类肌肉碳、氮、磷生态化学计量特征
  • DOI:
    10.15928/j.1674-3075.202104060096
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    水生态学杂志
  • 影响因子:
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  • 作者:
    朱利明;邹曦;史方;胡莲;杨晴;郑志伟;丁庆秋;朱稳;张三峰
  • 通讯作者:
    张三峰
穗花狐尾藻在不同营养水平湖泊繁殖策略的比较研究
  • DOI:
    10.15928/j.1674-3075.2017.01.005
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    水生态学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴业颖;操瑜;郑志伟;张志永;王文君;刘帆
  • 通讯作者:
    刘帆
三峡水库小江回水区水华爆发期原生动物群落的初步研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    水生态学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈小娟;潘晓洁;邹曦;王进国;胡莲;张志永;郑志伟
  • 通讯作者:
    郑志伟
情绪韵律调节情绪词识别的ERP研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    心理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郑志伟;黄贤军;张钦
  • 通讯作者:
    张钦

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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