微环境“自我门控”的二氧化锰给药系统用于骨质疏松性骨折治疗

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31872748
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1002.生物材料与生物效应
  • 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

Osteoporosis fracture greatly threats to the health and quality of life to the elderly. There is still some problems including long-term nonunion and secondary fracture in surgery and conservative therapy. It is suggested that some drugs that could promote bone fracture healing and orthopedic implants bone integration can be helpful for the healing of osteoporotic fracture. Especially the emerging drug therapies aim at eliminating senescent cells, which is different from the traditional antiosteoporosis drugs, has drawn great attention both in the foreign and domestic academia. One of them is senolytics composed by dasatinib and quercetin, is reported to improve age-related bone loss. Moreover, the senolytics will reduce senescent-cell burden, lead to the reduction of bone resorption and an increase (cortical bone) or maintenance (trabecular bone) in bone formation. Therefore, the senolytics could avoid the negative effects of reduced bone formation caused by traditional drugs.. This proposal suggests a microenvironment “self-gated” manganese dioxide (MnO2) drug delivery platform for the treatment of osteoporotic fracture. The MnO2 drug delivery platform loaded dasatinib and quercetin could degrade under acidic microenvironment of bone fracture, the locally released drugs easily reach to the fracture zone and eliminate senescent cells. Therefore, the age-related bone loss will be inhibited by reducing the bone resorption, that is benefit for the healing of osteoporosis fracture. In addition, the produced O2 from H2O2 by the catalyst of MnO2 and the manganese ions due to degradation of MnO2 also be helpful for bone formation. Expect the preparation and characterization of manganese dioxide (MnO2) drug delivery platform, this proposal will investigate the responses of osteoblast and osteoclast on it as well. The in vivo osteoporotic fracture healing results will also be evaluated by animal experiment. This study will provide different approaches and new ideas for the treatment of osteoporotic fractures.
骨质疏松性骨折是危害老年人生命健康和生活质量的一大威胁。目前手术和保守疗法仍然存在骨折长期不愈合和二次骨折的问题。为促进骨质疏松性骨折的愈合,需要借助促骨折愈合和骨内植入体骨整合的药物治疗。区别于传统骨质疏松药物,新兴的以衰老细胞为药物治疗靶点的研究逐渐得到关注。报道证实,由达沙替尼和槲皮素抗衰老药等在治疗年龄相关的骨量减少方面具有显著作用,其还可避免传统药物骨合成降低的负面效应。本项目拟通过微环境“自我门控”的二氧化锰局部给药系统实现对达沙替尼和槲皮素在骨折部位的直接给药,二氧化锰在骨折偏酸的微环境下可逐渐降解并释放药物,二氧化锰还可改善骨折乏氧的微环境,其降解产生的錳离子也有助于成骨。该项目将分别研究成骨细胞与破骨细胞在二氧化锰局部给药系统上的体外响应,并通过体内动物实验验证其治疗骨质疏松性骨折的效果。该项目研究成果将有助于为骨质疏松性骨折的治疗提供新方法和新思路。

结项摘要

本项目旨在以骨损伤微环境作为药物“门控开关”构建修复材料,实现骨损伤微环境响应性的药物可控释放、抑制细胞衰老和促进成骨,促进骨质疏松性骨损伤的修复。围绕这一目标,我们检测并发现多种动物模型中骨损伤后局部的过氧化氢升高。构建了基于骨损伤微酸环境响应性释放药物的含二氧化锰的复合水凝胶,并筛选出最优组成;构建了负载槲皮素和骨形态发生蛋白的水凝胶和其它骨修复材料。通过双氧水处理来模拟细胞衰老的实验中发现该材料能清除细胞内和骨损伤处的活性氧,从而保护细胞免受损伤和发生衰老,阐明含二氧化锰的材料具有较好的抗氧化性能。含二氧化锰的材料通过负载促成骨药物、抑制破骨药物、以及自身含有的二氧化锰能降低活性氧水平的作用三个方面发挥调控作用,最终达到促进干细胞成骨分化和抑制骨髓来源的巨噬细胞破骨分化的作用。最后,通过体内实验验证了含二氧化锰的材料能降低骨损伤处的过氧化氢水平,有效负载药物并促进骨损伤以及骨质疏松性骨损伤的修复。以上研究成果可望为骨损伤的修复提供理论基础和实践依据。. 项目执行期间,共发表标注项目批准号论文13篇,申请专利4项。项目负责人在学术会议上作口头报告5次,其中国际会议3次、国内会议2次。团队成员积极参与国内外学术交流,发表墙报2篇。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Carbon quantum dots derived from lysine and arginine simultaneously scavenge bacteria and promote tissue repair
来自赖氨酸和精氨酸的碳量子点同时清除细菌并促进组织修复
  • DOI:
    10.1016/j.apmt.2020.100601
  • 发表时间:
    2020-06-01
  • 期刊:
    APPLIED MATERIALS TODAY
  • 影响因子:
    8.3
  • 作者:
    Li, Peili;Han, Fengxuan;Li, Bin
  • 通讯作者:
    Li, Bin
Multifunctional Coating to Simultaneously Encapsulate Drug and Prevent Infection of Radiopaque Agent
同时封装药物和防止不透射线剂感染的多功能涂层
  • DOI:
    10.3390/ijms20092055
  • 发表时间:
    2019-05-01
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Li, Jiaying;Wang, Huan;Li, Bin
  • 通讯作者:
    Li, Bin
A Multifunctional Composite Hydrogel That Rescues the ROS Microenvironment and Guides the Immune Response for Repair of Osteoporotic Bone Defects
一种多功能复合水凝胶,可拯救ROS微环境并引导免疫反应修复骨质疏松性骨缺损
  • DOI:
    10.1002/adfm.202201067
  • 发表时间:
    2022-03-16
  • 期刊:
    ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS
  • 影响因子:
    19
  • 作者:
    Chen, Qixin;Li, Jiaying;Han, Fengxuan
  • 通讯作者:
    Han, Fengxuan
Biomimetic periosteum-bone substitute composed of preosteoblast-derived matrix and hydrogel for large segmental bone defect repair
由前成骨细胞衍生基质和水凝胶组成的仿生骨膜骨替代物,用于修复大节段骨缺损
  • DOI:
    10.1016/j.actbio.2020.06.030
  • 发表时间:
    2020-09-01
  • 期刊:
    ACTA BIOMATERIALIA
  • 影响因子:
    9.7
  • 作者:
    Yu, Yingkang;Wang, Yong;Li, Bin
  • 通讯作者:
    Li, Bin
Targeting Endogenous Hydrogen Peroxide at Bone Defects Promotes Bone Repair
将内源性过氧化氢靶向骨缺损可促进骨修复
  • DOI:
    10.1002/adfm.202111208
  • 发表时间:
    2021-12-22
  • 期刊:
    ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS
  • 影响因子:
    19
  • 作者:
    Li, Jiaying;Han, Fengxuan;Li, Bin
  • 通讯作者:
    Li, Bin

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其他文献

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改善细胞应对微环境中ROS能力并调动内源性修复机制的复合水凝胶促进退变椎间盘的修复
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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

        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]
      
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