新型多维可控3D打印复合材料修复大段骨缺损的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81871767
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    55.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H0604.骨、关节、软组织损伤与修复
  • 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

High-energy trauma, bone tumors, osteomyelitis often lead to large bone defects, which is a major challenge for the orthopedic surgeon. Bone grafts are limited by donor supply and clinical complications. Clinical efficacy of in vitro tissue engineering is still unsatisfied. However, the bone shortening-lengthening technique needs a prolonged treatment period and high cost, moreover, this technique has the risk of pin-tract loosening and infection. . Recently, in-situ tissue engineering technology is a hot research arena. A novel PLGA/TCP/Mg composite material designed by our group has the features of excellent biocompatibility and osteogenic activity, which promote osteogenic differentiation of MSCs. It would be feasible to further modify this new composite material, to improve its ability of promoting or accelerating the repair of large bone defects. .In this study, the multi-dimensional structure of the scaffold will be designed optimally to balance the degradation and mechanical strength. Furthermore, it will be infused with different concentrations of cell growth factors(CGF) by low temperature in 3D printing technique. The physical and chemical properties, biological performance and osteogenic ability of this new composite material will be checked in vitro and in vivo. The curve of scaffold gradient degradation and CGFs dynamic release will be analyzed. The best spatial multidimensional structure and the best temporal concentration gradient will be optimized to synchronize the bone defects` physiological repair process in vivo, which may promote the process of bone regeneration (4D printing). This research may help to overcome the clinical obstacle of larger bone defects reparation.
高能量创伤、骨肿瘤、骨髓炎常导致大段骨缺损,治疗十分困难,植骨所需的骨移植材料来源有限、并发症多,体外组织工程技术临床疗效仍欠佳。而骨延长骨搬运技术存在治疗时间长、费用高、钉道松动、感染等风险。原位组织诱导再生技术为近年研究热点,本课题组前期创新设计PLGA/TCP/Mg复合材料,具有良好的生物相容性和促成骨活性,可促进间充质细胞骨向分化,进一步设计能否使其具备促进或加速大段骨缺损的修复能力意义重大。本研究拟对该支架材料进行多维空间构象优化打印设计,实现材料的降解性能与力学强度的平衡,同时3D低温打印复合不同浓度的生长因子,体内外实验检测该多维复合支架的理化性能、生物学性能及成骨能力,分析支架梯度降解、生长因子梯度释放动态曲线,找出最佳多维空间构象与梯度,使该材料具备与体内骨缺损生理修复过程相匹配的梯度降解、梯度释放及促骨诱导骨再生性能(4D打印),为解决临床大段骨缺损修复的难题奠定基础。

结项摘要

高能量创伤、骨肿瘤、骨髓炎常导致大段骨缺损,治疗十分困难,植骨所需的骨移植材料来源有限,体外组织工程技术临床疗效仍欠佳,原位组织诱导再生技术为近年研究热点。在本课题组前期创新设计PLGA/TCP/Mg复合材料的基础上,本项目设计制备了三种新型3D打印复合支架材料:(1)负载可缓释BMP-2的壳核微球的3D打印聚己内酯支架,结果表明该支架可很大程度保留BMP-2的活性,赋予支架系统与骨再生重建相匹配的BMP-2释放性能,显著提升高分子三维支架材料的骨修复效率;(2)3D低温打印PLGA/MgO/PDA 复合支架,结果表明该复合支架具有良好的生物安全性和物理性能,可以有效的促进成骨分化,加速体内骨骼生成;(3)可梯度释放BMP-2和VEGF双生长因子的3D打印GelMA复合支架,结果表明该3D打印GelMA复合支架具有促进骨缺损骨修复的能力,可以用作新型的骨修复材料。同时,本项目也研制出了一种新型自固化可注射水凝胶体系(四臂PEG复合水凝胶),结果表明该新型水凝胶具备可注射性、自固化性及良好的生物相容性,力学强度高,同时也是BMP-2的优良载体,可显著促进大鼠股骨髁缺损修复,该新型水凝胶在骨缺损修复中具备优良应用前景。.综上所述,本项目创新设计制备了三种新型3D打印复合支架材料和一种新型自固化可注射水凝胶体系。体内外实验表明,这些新型材料实现了降解性能与力学强度的平衡,并且具备与体内骨缺损修复过程相匹配的梯度降解、生长因子梯度释放与骨诱导再生性能,能够促进骨缺损的修复,为解决临床大段骨缺损修复的难题提供了新材料。本项目共发表SCI论文3篇、中文核心期刊论文5篇和申请专利4项,培养博士后5名、博士研究生7名和硕士研究生11名。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Micro/Nano-Structured Metal–Organic/Inorganic Hybrid Coatings on Biodegradable Zn for Osteogenic and Biocompatible Improvement
可生物降解锌上的微/纳米结构金属-有机/无机杂化涂层,用于改善成骨和生物相容性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Advanced Materials Interfaces
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Qian Junyu;Chen Yingqi;Zhang Wentai;Mo Xiaoshan;Zou Dan;Hanaa Soliman;Zhou Chao;Huang Nan;Sang Hongxun;Zeng Hui;Zhang Haijun;Wan GUOjiang
  • 通讯作者:
    Wan GUOjiang
骨组织模型 3D 打印建模中CT图像序列选择的策略分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    集成技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李修往;吴家昌;叶灼峰;吴铭杰;庄伟达;赵仁礼;桑宏勋;王琼
  • 通讯作者:
    王琼
计算机导航系统辅助置入空心螺钉内固定术治疗股骨颈骨折
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    中国临床解剖学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴铭杰;庄伟达;郑杰;李修往;陈敏;樊晓海;吴家昌;桑宏勋
  • 通讯作者:
    桑宏勋
NIR Responsive Injectable Nanocomposite Thermogel System Against Osteosarcoma Recurrence
近红外响应可注射纳米复合热凝胶系统抗骨肉瘤复发
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Macromol Rapid Commun
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Guo Ranran;Zhang Peng;Liu Jianing;Xie Ruihong;Wang Leyu;Cai Liu;Qiu Xiaozhong;Sang Hongxun
  • 通讯作者:
    Sang Hongxun
延续护理在经皮椎体成形术后再骨折中的预防效果
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    中国当代医药
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王姣丽;江泽莹;黄杰;张世浩
  • 通讯作者:
    张世浩

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其他文献

阿司匹林对大鼠破骨细胞成熟分化和骨吸收活性的影响
  • DOI:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    桑宏勋
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    --
  • 发表时间:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
    杨桐;覃君慧;李海勋;桑宏勋
  • 通讯作者:
    桑宏勋
阿司匹林对大鼠破骨细胞分化成熟和骨吸收活性的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    中国骨质疏松杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    覃君慧;衣慧;王瑞安;桑宏勋
  • 通讯作者:
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普通椎弓根螺钉与骨水泥型椎弓根螺钉在骨质疏松脊柱手术中的比较研究
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    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    中国骨与关节杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴子祥;严亚波;张扬;桑宏勋
  • 通讯作者:
    桑宏勋

其他文献

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受体tolDC联合供体骨髓移植诱导异体复合组织移植免疫耐受的新方法及其机制
  • 批准号:
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    面上项目

相似国自然基金

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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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