基于图案化3D打印纤维的可生物适配性肌腱支架的构建及其性能研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51703057
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0303.高分子材料加工与成型
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The incompetent bioadaptability of scaffolds is still a challenging issue in clinical translation for tendon repair. As such, the method of design and development of an engineered core-shell tendon scaffold that comprises of micropatterned 3D printing fibers and strain-reinforced fibers, to provide both structural and mechanical bioadaptability to tendon tissue will be a breakthrough in bioscaffolding technology...The proposed core portion of scaffold in this project will be a collection of fibers forming into geometric micropatterns, which are designed based on the structure of tendon. Through turning of the fiber length and the angle between two intersected fibers, the geometric micropatterns will be able to induce cell alignment following contact guidance, and generate organized extracellular matrix identical to that found in normal tendon. This project will also apply the mechanically efficient core-shell design for the assembly of the core portion with a uniaxial-stretched fibrous shell, for the purpose to generate a reinforced scaffold adequate for tendon reconstruction. In this project, the functional assembly of core-shell tendon scaffold will be investigated, and the effects of fiber geometric pattern and chemical composition on scaffold's mechanical properties, degradation behavior, and cell alignment and tenogenesis will be studied...By this work, we try to uncover the underlying mechanisms for developing bioadaptive tendon scaffold with controllable structure and functionality. The results of this project will have insights for future design and engineering of the tendon scaffold with high bioadaptability, and might be beneficial for exploiting the 3D printing-assisted regenerative therapy in the treatment of tendon injuries.
针对肌腱修复中支架材料与组织结构和力学生物不适配的关键问题,提出通过3D打印图案化纤维与拉制增强纤维相结合来构建核-壳型支架,以期同步实现与肌腱组织的结构适配性和力学适配性,推进基于3D打印技术的肌腱再生治疗向个性化、安全化和功能化发展。为此,本项目将依据肌腱结构特征,仿生设计支架的内核纤维几何图案,并通过调控图案的纤维边长和纤维间夹角实现与肌腱组织类似的细胞线性排列和细胞外基质结构再建。在此基础上,本项目还将结合材料核-壳结构的机械高效性,进行3D打印纤维内核与拉制增强纤维外壳的组装,实现支架与肌腱的力学适配性。本项目将通过调整纤维结构和化学组分,考察支架的力学增强作用及其本质、降解行为、细胞线性与成肌腱分化机理,进而阐明支架与肌腱结构和力学适配性的关系实质。本项目的研究成果将为高生物适配性肌腱支架的设计与制备提供理论依据和科学数据,对3D打印辅助肌腱再生治疗的研究有参考价值。

结项摘要

针对肌腱修复中支架材料与组织结构和力学生物不适配的关键问题,提出基于近场电流体3D打印与传统加工工艺相结合,并通过研究低浓度溶液直写与单轴应变致力学增强的一般规律,来构建与肌腱结构-力学相适配的支架,推进肌腱再生治疗向个性化、安全化和功能化发展。1)实验揭示了纤维打印质量与材料组成和平台体系间的一般规律,并依据肌腱特征制备出不同微图案纤维结构,在纤维间夹角小于30°时微图案纤维具有显著的结构和力学各项异性特征,加工工艺和材料组成对纤维的降解稳定性具有协同影响。2)利用激光微加工和机械单向拉伸联合制备出微图案纤维的力学增强结构体,并揭示了薄膜结构体的表面沟槽/山脊和贯穿孔的演变规律。3)实验表明所构建的微图案纤维和力学增强体具有良好的细胞相容性,能够避免传统纤维支架中竞争性细胞响应,实现高效体外建立类似肌腱组织的细胞线性结构,并揭示了材料各项异性微结构与细胞骨架、核、以及基因表达改变之间的关联。本项目不仅实现了类肌腱线性细胞结构的再建,也阐明了微图案材料对细胞各项异性响应的规律,这些研究结果有助于建立高生物适配性医用支架的设计理论,帮助实现损伤肌腱的再生治疗。

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)
Reliable laser fabrication: the quest for responsive biomaterials surface
可靠的激光制造:寻求响应性生物材料表面
  • DOI:
    10.1039/c7tb02545a
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry B
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Wang Zuyong;Zhou Rui;Wen Feng;Zhang Rongkai;Ren Lei;Teoh Swee Hin;Hong Minghui
  • 通讯作者:
    Hong Minghui
Scaffold with Micro/Macro-Architecture for Myocardial Alignment Engineering into Complex 3D Cell Patterns
具有微观/宏观架构的支架,用于将心肌对准工程转化为复杂的 3D 细胞模式
  • DOI:
    10.1002/adhm.201901015
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Advanced Healthcare Materials
  • 影响因子:
    10
  • 作者:
    Zhang Wanqi;Wang Zuyong;Xie Chao;Wang Xianwei;Luo Fangfang;Hong Minghui;Zhou Rui;Ma Chao;Lin Nan;Zhang Jieyu;Hu Xuefeng;Chan Jerry Kok Yen;Wen Feng;Wang Yunbing
  • 通讯作者:
    Wang Yunbing
Geometric anisotropy on biomaterials surface for vascular scaffold design: engineering and biological advances
用于血管支架设计的生物材料表面的几何各向异性:工程和生物学进展
  • DOI:
    10.1088/2515-7639/ab1c68
  • 发表时间:
    2019-07-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF PHYSICS-MATERIALS
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Wang, Zuyong;Zhang, Wanqi;Wang, Xianwei
  • 通讯作者:
    Wang, Xianwei

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其他文献

Tat修饰Au-Au_2S纳米颗粒的合成及其穿膜机制
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    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    乔永萍;张其清;王祖勇;任磊;赵阳;刘雯;王林;张亚菲
  • 通讯作者:
    张亚菲

其他文献

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王祖勇的其他基金

高生物活性支架微环境的多维调控及肌腱修复研究
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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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