仿生构建具有“自适应”抗菌功能的胶原表面及其工作机制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21878196
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0811.生物质转化与轻工制造
  • 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

How to circumvent the cytotoxicity of incorporated antibacterial agents is of great importance, and remains difficult for fully utilizing the inherent biocompatibility of collagen-based biomedical materials. Herein, the applicant, inspired by the hiding mechanism of nematocysts in sea anemones, intends to prepare bionic “tentacles” copolymerized by N-isopropylacrylamide and safrole, a hydrophobic model antibacterial agent, and design methods to immobilize them onto naturally occurring collagen surface. It is envisioned that when the modified collagen is transferred into living tissues from low-temperature storage liquid, the safrole monomeric units may be automatically hided with shielded cytotoxicity due to the coil-to-globule transition of the poly(N-isopropylacrylamide) “tentacles”, which is known as an entropically-driven hydrophobic association process. To verify this idea, this project plans to manipulate the content and distribution of safrole monomeric units on the poly(N-isopropylacrylamide) “tentacles” by using micellar copolymerization method, which enables systematic investigation of the molecular basis for proper working of these “tentacles”. Meanwhile, molecular dynamics simulation coupled with experimental assays will be conducted to establish a kinetic model that describes the working procedure of the “tentacles”, with corresponding thermodynamic theory elucidated. With the design principle, target-specific preparation method, and collagen-compatible immobilization strategy of the bionic “tentacles” obtained, a novel collagen surface with self-adaptive antibacterial function can be established, which addresses the cytotoxicity problem of physically-incorporated antibacterial agents. According to these anticipated results, we aim at opening up a new avenue for scientific utilization of traditional antibacterial agents. Also, these results are expected to provide new insight into solving the long-standing dilemma between the necessity of antibacterial treatment of collagen and the maintenance of its inherent biocompatibility, laying foundation for expanded high-valued utilization of collagen-based biomedical materials.
如何规避所含抗菌剂的毒副作用,是胶原基医用材料固有生物相容性得以充分利用的关键和难点。鉴于此,申请人受海葵刺细胞隐藏机制启发,拟以疏水黄樟素为模型抗菌剂,设计含抗菌黄樟素结构单元的聚(N-异丙基丙烯酰胺)仿生“触手”,研究其在胶原表面的安装方法,设想可利用该“触手”热致构象转变及熵驱动原理,实现胶原所含抗菌剂在活组织中的自动隐藏与毒性屏蔽。为此,本课题拟利用胶束共聚,控制黄樟素在“触手”主链上的含量与分布,研究该“触手”工作的结构基础,同时将实验与分子模拟相结合,建立其工作动力学模型并阐明热力学原理,获得具有指导意义的黄樟素抗菌活性调用“触手”设计理论、定向制备方法及与天然胶原结构相适应的安装方法,在胶原表面构建以“自适应”为特色的全新抗菌模式,为传统抗菌剂开辟科学利用新途径,为解决胶原抗菌防腐必要性与维持生物相容性完整间由来已久的矛盾提供新思路,为突破胶原基医用材料的应用限制奠定基础。

结项摘要

胶原结构独特、功能多样,在当代医美、组织工程领域占有重要地位。然而,天然胶原极易受微生物侵蚀。因此,抗菌防腐是其作为医用材料高值利用的必要前提。长期以来,通过外添加抗菌剂以提高胶原的抗菌防腐性被证明是一种行之有效的方法。然而,常用抗菌剂大多具有生理毒性;临床应用时,胶原器件中的抗菌剂可引发过敏、炎症、神经紊乱、甚至肾脏损伤等不良反应。因此,如何规避所含抗菌剂的毒副作用,是胶原基医用材料固有生物相容性得以充分利用的关键和难点。鉴于此,本课题受海葵触手上刺细胞隐藏机制启发,以疏水乙烯基环丙沙星为模型抗菌剂,设计其与N-异丙基丙烯酰胺共聚反应路线,控制两种结构单元在共聚物主链上的排列方式,研究共聚物热致构象转变过程中环丙沙星侧基仿生隐藏、抗菌活性屏蔽的分子结构基础,考察共聚物作为功能“触手”在胶原表面安装并“自适应”规避抗菌侧基毒副作用的可行性,取得成果如下:(1)探明了乙烯基环丙沙星结构单元含量、分布对其热致隐藏度、抗菌活性屏蔽度的影响规律,建立了仿生“触手”热致构象演化动力学模型并阐明了其热力学原理,揭示了环丙沙星侧基热致隐藏与活性屏蔽机制,获得了可按需调用其抗菌活性的仿生“触手”分子设计与制备方法;(2)在此基础上,以无损胶原独特的三股螺旋结构为原则,系统研究了上述仿生“触手”在胶原表面的安装方法,证实了利用该“触手”温敏特性及与临床相关的自然温差,“自适应”控制胶原抗菌功能的可行性,实现了胶原所含抗菌剂在活组织中的自动隐藏与毒性适时屏蔽。上述“自适应”抗菌模式的构建,为众多传统抗菌剂开辟了科学利用新途径,为解决天然胶原抗菌防腐必要性与维持生物相容性完整间由来已久的矛盾提供了新思路,为突破胶原基医用材料的应用限制奠定了基础,同时为其他生物质材料的抗菌策略优化提供了借鉴。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
刺激响应型抗菌剂研究进展及在胶原抗菌防腐中应用展望
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    皮革科学与工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙莎莎;侯德隆;杨高夫;陈意
  • 通讯作者:
    陈意
Intracellularly self-assembled 2D materials induce apoptotic cell death by impeding cytosolic transport
细胞内自组装二维材料通过阻碍细胞质运输诱导细胞凋亡
  • DOI:
    10.1021/acsnano.2c11876
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    ACS Nano
  • 影响因子:
    17.1
  • 作者:
    Delong Hou;Yong Xu;Jun Yan;Qi Zeng;Zhonghui Wang;Yi Chen
  • 通讯作者:
    Yi Chen
Beyond temperature: controlling collagen fibrillogenesis under physiological conditions via interaction with cucurbit[7]uril
超越温度:通过与葫芦[7]尿素相互作用控制生理条件下胶原纤维的形成
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Chemical Communications
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Qiuping Xie;Delong Hou;Jinming Chang;Zhou Xu;Qi Zeng;Zhonghui Wang;Yi Chen
  • 通讯作者:
    Yi Chen
A light-activatable antibiotic with high activation efficiency and uncompromised bactericidal potency in the activated state
一种光活化抗生素,在活化状态下具有高活化效率和毫不妥协的杀菌效力
  • DOI:
    10.1186/s42825-021-00051-6
  • 发表时间:
    2021-01-01
  • 期刊:
    J. Leather Sci. Eng.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Hou, D.;Wang, R.;Chen, Y.
  • 通讯作者:
    Chen, Y.

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

Rational design of SR-Fe3O4@AMEO@SP composite with light and magnetism dual stimuli-responsive properties
合理设计具有光磁双重刺激响应特性的SR-Fe3O4@AMEO@SP复合材料
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Chemical Physical Letter
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    官小玉;范浩军;陈意
  • 通讯作者:
    陈意
麻粒岩相金红石微量元素体系
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    地球科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈意;陈思;苏斌;李仪兵;郭顺
  • 通讯作者:
    郭顺
具有聚集诱导发光特性的磷光聚合物的合成及性能研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Acta Polymerica Sinica
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    梁爱辉;王涵;曹恬;罗明;刘德旺;陈意;王志平
  • 通讯作者:
    王志平
蛋白质的侧基修饰方法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    皮革科学与工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    夏淳淳;罗朝阳;范浩军;陈意
  • 通讯作者:
    陈意
GW50156通过TGFbeta-Smad3信号途径促进人脐静脉内皮细胞PAI-1的表达
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    生物化学与生物物理进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    伍荣;鲁艳菊;陈意;易光辉
  • 通讯作者:
    易光辉

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

陈意的其他基金

“大体积”正丁酸调控单丁酸甘油酯高选择性合成及其机制研究
  • 批准号:
    22378278
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
单PEG化葫芦[7]脲“构效无损”式增溶胶原及其作用机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    64 万元
  • 项目类别:
    面上项目
温敏聚氨酯基纳米原位杂化膜内气体反常传质机理研究
  • 批准号:
    21206096
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

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]
      
关闭
close
客服二维码