各向异性纤维增强的多区结构水凝胶支架用于软骨修复的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51903170
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    楚合涛
  • 依托单位：
    电子科技大学
  • 学科分类：
    E0308.生物医用有机高分子材料
  • 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

The multi-zonal structure of articular cartilage has an important influence on chondrocyte phenotype, arrangement, extracellular matrix composition and collagen fiber morphology. Therfore, it is a significatant scientific issue to construct multi-zonal articular cartilage tissue engineering scaffold and explore the relationship between the structure and bionic restoration. Based on the unique aligned structure of natural fiber materials and combined with the systematic analysis of cartilage structure and the bionic anisotropy design and finite element analysis of composite materials, the applicant intends to prepare the tissue engineering scaffold with the fine multi-zonal structure of articular cartilage, and regulate the bionic restoration of tissue derived from the bionic structure. Through cell and animal experiments, this project try to clear the effects of scaffold structure and composition on tissue restoration, elucidate the relationship between structure and cellular behavior during restoration and reveal the biolagical significance of multi-zonal structure on cell phenotype, extracellular matrix composition and collagen fiber morphology. Through the implementation of this project, it is expected to clarify the biological function of multi-zonal cartilage scaffolds and lay a foundation for subsequent research.
关节软骨的多区结构（Multi-zonal structure）对软骨细胞表型、排列、细胞外基质组成及胶原纤维形态具有重要的影响。因而，通过构建具有仿关节软骨多区结构的组织工程支架并探究该结构与仿生修复间的关系是重要科学问题。申请人拟基于天然纤维材料特有的取向结构，结合软骨结构的系统分析及复合材料的仿生各向异性设计与有限元分析，精细化制备仿关节软骨多区结构的组织工程支架，以仿生结构调控组织的仿生修复。通过细胞与动物实验，明确支架结构与组成对组织修复的影响及该过程中结构与细胞行为间的关系；揭示该多区结构对细胞表型、细胞外基质组成及胶原纤维形态的生物学意义。通过本项目的实施，有望阐明多区结构软骨支架的生物学功能，为后续研究奠定基础。

结项摘要

关节软骨的多区结构对软骨细胞表型、排列及胶原纤维形态具有重要的影响。因而，通过构建具有仿关节软骨多区结构的组织工程支架并探究该结构与仿生修复间的关系是重要科学问题。申请人基于天然纤维材料特有的取向结构，结合复合材料的仿生各向异性设计，制备出仿关节软骨多区结构的组织工程支架。通过材料性质表征与细胞实验，明确支架结构与组成与细胞行为间的关系，探究了支架材料纤维取向结构对细胞状态的影响。.通过本项目的开展，申请人成功的构建了多种多区结构仿天然软骨等支架材料，其中仿软骨多区纤维支架由具有典型力学差异的上中下三层结构组成，三层结构的压缩模量分别为298kPa、182kPa、9.8kPa。多区结构实现力学模量匹配的同时具有不同的力学功能性，其中上层材料具备优异的抗剪切特性，中层材料通过纤维与高分子基体间的氢键作用，在剪切角度从0.08弧度到0.8弧度变化条件下，能量吸收可由8%增加值80%，实现了中层结构的能量吸收功能。申请人利用天然取向纤维泡沫作为底层增强材料，天然泡沫的取向结构与多孔性使得底层具有优异的力学承载特性，为软骨支架提供良好支撑作作用。同时底层泡沫的垂直取向结构，为细胞的取向运输提供了良好的通道，实验表明在底层取向纤维存在的条件下，通过毛细作用，可实现细胞由骨组织向缺损处的运输，这一过程可以大幅度提升软骨支架的修复功能。通过细胞实现验证了该类支架材料具有良好的生物相容性，此外相比于空白实验组，细胞的取向状态完全取决于纤维的取向状态，这种功能有助于细胞在不同区域内形成与天然软骨细胞相一致的取向结构，实现了关节软骨微区细胞形态调控，这对软骨修复再生具有重要意义。通过本项目的实施，其研究成果对复杂结构软骨支架的构建具有重要参考价值。.项目执行期间申请人共发表SCI文章12篇，其中作为通讯作者7篇，包括Advanced Functional Materials （2篇）, ACS Nano（1篇）, ACS Appl. Mater. Interface（2篇），Composite part B （1篇）等国际高水平期刊，参加学术交流12次，培养研究生6名，本科生7名。

项目成果

期刊论文数量（12）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（2）
Research progress in nanozyme-based composite materials for fighting against bacteria and biofilms
纳米酶基抗菌及生物膜复合材料研究进展
  • DOI：
    10.1016/j.colsurfb.2020.111465
  • 发表时间：
    2021-02-13
  • 期刊：
    COLLOIDS AND SURFACES B-BIOINTERFACES
  • 影响因子：
    5.8
  • 作者：
    Li, Yanyan;Zhu, Wenxin;Chu, Hetao
  • 通讯作者：
    Chu, Hetao
Ultra-Stretchable, Variable Modulus, Shape Memory Multi-Purpose Low Hysteresis Hydrogel Derived from Solvent-Induced Dynamic Micelle Sea-Island Structure
源自溶剂诱导动态胶束海岛结构的超拉伸、可变模量、形状记忆多用途低滞后水凝胶
  • DOI：
    10.1002/adfm.202011259
  • 发表时间：
    2021-03-25
  • 期刊：
    ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS
  • 影响因子：
    19
  • 作者：
    Li, Yanyan;Wang, Dingqian;Chu, Hetao
  • 通讯作者：
    Chu, Hetao
Fabrication of fluorescent hybrid nanomaterials based on carbon dots and its applications for improving the selective detection of Fe (III) in different matrices and cellular imaging
基于碳点的荧光杂化纳米材料的制备及其在提高不同基质中 Fe (III) 选择性检测和细胞成像中的应用
  • DOI：
    10.1016/j.saa.2020.119033
  • 发表时间：
    2021-02-05
  • 期刊：
    SPECTROCHIMICA ACTA PART A-MOLECULAR AND BIOMOLECULAR SPECTROSCOPY
  • 影响因子：
    4.4
  • 作者：
    Cai, Huijuan;Zhu, Yalin;Li, Jianshu
  • 通讯作者：
    Li, Jianshu
A mussel-bioinspired multi-functional hyperbranched polymeric coating with integrated antibacterial and antifouling activities for implant interface modification
一种受贻贝生物启发的多功能超支化聚合物涂层，具有集成抗菌和防污活性，用于植入物界面改性
  • DOI：
    10.1039/d1py00246e
  • 发表时间：
    2021-06
  • 期刊：
    Polymer Chemistry
  • 影响因子：
    4.6
  • 作者：
    Huilin Xu;Yusong Cai;Xing Chu;Hetao Chu;Jianshu Li;Dongyue Zhang
  • 通讯作者：
    Dongyue Zhang
Biomimetic synthesis of chondroitin sulfate-analogue hydrogels for regulating osteogenic and chondrogenic differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells
仿生合成硫酸软骨素类似物水凝胶用于调节骨髓间充质干细胞的成骨和软骨分化
  • DOI：
    10.1016/j.msec.2020.111368
  • 发表时间：
    2020-12-01
  • 期刊：
    MATERIALS SCIENCE & ENGINEERING C-MATERIALS FOR BIOLOGICAL APPLICATIONS
  • 影响因子：
    7.9
  • 作者：
    Cheng, Kai;Zhu, Yalin;Zhang, Dongyue
  • 通讯作者：
    Zhang, Dongyue

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其他文献

2016年6月江苏阜宁一次超强龙卷的特征分析
  • DOI：
    10.16441/j.cnki.hdxb.20170094
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    中国海洋大学学报(自然科学版)
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    顾瑜;孙即霖;楚合涛
  • 通讯作者：
    楚合涛
北太平洋中层水模拟的改进
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    中国海洋大学学报(自然科学版)
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    范植松;胡瑞金;刘海龙;楚合涛
  • 通讯作者：
    楚合涛
1961-2000年中国极端高温事件的时空特征
  • DOI：
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  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    中国海洋大学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    周晓;黄菲;楚合涛;胡皓;董仕;刘骞
  • 通讯作者：
    刘骞

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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