基于贻贝湿粘接特性的ZIF-8仿生骨胶水优化GBR骨增量技术及其成骨机制研究

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基本信息

  • 批准号：
    81901060
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    21.0万
  • 负责人：
    陈俊宇
  • 依托单位：
    四川大学
  • 学科分类：
    H1508.口腔颅颌面组织生物力学和生物材料
  • 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

Guided bone regeneration (GBR) is the most widely used bone augmentation technique in oral clinic. However, in the clinical application of GBR technology, the collapse of bone graft material, the displacement of barrier membrane and the poor osteoinductive ability can affect the establishment and maintenance of bone regeneration space, which need to be further optimized. Based on the wet adhesive feature of mussel, a new ZIF-8 modified bionic bone glue will be fabricated, in order to optimize the GBR technology. After biomimetic functionalization of catecholamine, the bone glue can realize the self-polymerization of bone graft powder under the moist oral environment, improving its mechanical properties and alleviating the collapse phenomenon, and stabilize the upper GBR barrier membrane to prevent membrane displacement; nano-scale ZIF-8 in bone glue can release zinc ion and provide calcium ion nucleation sites, which lead to osteogenesis. This project is to optimize the fabrication parameters by invesitigating the comprehensive properties of the bone glue, and to clarify the mechanism of optimizing GBR barrier function by exploring the relationship between bone glue, bone graft, GBR membrane and alveolar bone surface. Additionally, the osteogenic properties of bone glue and the synergistic mechanism of Akt and MAPK signaling pathways will be explored through in vitro and in vivo experiments. This project will provide innovative ideas and important experimental basis for optimizing GBR bone augmentation technique.
引导骨再生（GBR）技术是口腔临床工作中使用最为广泛的骨增量技术。但GBR技术的应用常常会受制于骨粉溢出及坍塌、屏障膜移位和材料自身骨诱导性能欠佳等问题，继而影响骨再生空间的建立和维持，仍需进一步优化。基于贻贝湿粘接特性，本课题拟制备一种新型ZIF-8仿生骨胶水，与骨粉预混合，有针对性的实现对GBR技术的优化。在湿润环境下，主体材料壳聚糖经儿茶酚仿生功能化，使骨粉自聚合，改善其力学性能，减少骨粉溢出及坍塌现象，同时稳定粘固上层屏障膜，防止膜移位；骨胶水中纳米ZIF-8晶体能缓释锌离子并提供钙离子成核位点，促进成骨。本课题拟通过对该骨胶水的综合性能评价，优化最佳制备参数；通过探究骨胶水与骨粉、屏障膜及牙槽骨面之间的关系，明确其对维持GBR成骨空间的优化作用；通过体外实验及体内动物模型构建，探究骨胶水的成骨机制及其在动物体内GBR技术中的应用优势，为优化GBR骨增量技术提供创新思路和实验基础。

结项摘要

引导骨再生（GBR）技术是口腔临床工作中使用最为广泛的骨增量技术。但GBR技术的应用常常会受制于骨粉溢出及坍塌、屏障膜移位和材料自身骨诱导性能欠佳等问题，继而影响骨再生空间的建立和维持，仍需进一步优化。基于贻贝湿粘接特性，本课题拟制备一种新型ZIF-8仿生骨胶水，与骨粉预混合，有针对性的实现对GBR技术的优化。在此项目中，我们开发了一种简便的策略，通过儿茶酚基团的化学交联和ZIF-8纳米颗粒的改性来制备具有较强湿粘接力的强力水凝胶骨粘接剂。制备的ZIF-8及贻贝仿生改性壳聚糖凝胶（CA-CS/Z）粘接剂显示出可调节的胶凝时间和溶胀率，稳定的流变性，对骨组织强大的湿粘接能力和抗拉强度。体外生物学实验证实了CA-CS/Z粘接剂有着良好的生物安全性。而体外成骨系列实验也表明，在不同比例的几组CA-CS/Z粘接剂中，浓度比为25：1（CA-CS：ZIF-8）的CA-CS/ZM粘接剂通过上调成骨相关基因（Alp，Col1，Runx2和Bglap）并促进成骨细胞相关蛋白（ALP，COL1，Runx2和OCN）的分泌，在所有组中均表现出最好的体外成骨效果。更重要的是，通过构建大鼠颅骨缺损模型，Micro-CT三维重建、组织学、免疫组织化学分析表明，CA-CS/ZM骨粘接剂在体内环境中可以大大促进骨粉的稳定固位并促进骨移植材料矿化成骨，从而提高了骨缺损区域骨再生的质量和速率。基于此，这种性能优异的ZIF-8 NPs改性的新型骨粘接剂可以进一步开发为一种成骨性骨移植物粘接剂，可应用于优化GBR技术，促进骨再生。

项目成果

期刊论文数量（13）
专著数量（0）
科研奖励数量（3）
会议论文数量（0）
专利数量（1）
Effect of poly(ε-caprolactone) microfibers in poly(lactide-co-glycolide) based bone fixation plate on preventing dimensional shrinkage and promoting cell interactions
聚(ε-己内酯)微纤维在聚(丙交酯-乙交酯)基骨固定板中防止尺寸收缩和促进细胞相互作用的作用
  • DOI：
    10.1016/j.compscitech.2021.109051
  • 发表时间：
    2021-09-25
  • 期刊：
    COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY
  • 影响因子：
    9.1
  • 作者：
    Cai, He;Zhang, Tongrui;Chen, Junyu
  • 通讯作者：
    Chen, Junyu
ZIF-8-Modified Multifunctional Bone-Adhesive Hydrogels Promoting Angiogenesis and Osteogenesis for Bone Regeneration
ZIF-8 修饰的多功能骨粘合水凝胶促进血管生成和骨生成以促进骨再生。
  • DOI：
    10.1021/acsami.0c12090
  • 发表时间：
    2020-08-19
  • 期刊：
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子：
    9.5
  • 作者：
    Liu, Yanhua;Zhu, Zhou;Wan, Qianbing
  • 通讯作者：
    Wan, Qianbing
Low-Swelling Adhesive Hydrogel with Rapid Hemostasis and Potent Anti-Inflammatory Capability for Full-Thickness Oral Mucosal Defect Repair
具有快速止血和强效抗炎能力的低膨胀粘合水凝胶，可修复全层口腔粘膜缺损
  • DOI：
    10.1021/acsami.2c18664
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子：
    9.5
  • 作者：
    Junjin Zhu;Yahong Li;Wenjia Xie;Linxin Yang;Ruyi Li;Yuting Wang;Qianbing Wan;Xibo Pei;Junyu Chen;Jian Wang
  • 通讯作者：
    Jian Wang
High-resolution 3D imaging uncovers organ-specific vascular control of tissue aging.
高分辨率 3D 成像揭示组织衰老的器官特异性血管控制
  • DOI：
    10.1126/sciadv.abd7819
  • 发表时间：
    2021-03
  • 期刊：
    Science advances
  • 影响因子：
    13.6
  • 作者：
    Chen J;Sivan U;Tan SL;Lippo L;De Angelis J;Labella R;Singh A;Chatzis A;Cheuk S;Medhghalchi M;Gil J;Hollander G;Marsden BD;Williams R;Ramasamy SK;Kusumbe AP
  • 通讯作者：
    Kusumbe AP
A mussel-inspired film for adhesion to wet buccal tissue and efficient buccal drug delivery.
一种受贻贝启发的薄膜，用于粘附湿润的口腔组织并有效地进行口腔药物输送
  • DOI：
    10.1038/s41467-021-21989-5
  • 发表时间：
    2021-03-16
  • 期刊：
    Nature communications
  • 影响因子：
    16.6
  • 作者：
    Hu S;Pei X;Duan L;Zhu Z;Liu Y;Chen J;Chen T;Ji P;Wan Q;Wang J
  • 通讯作者：
    Wang J

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  • 通讯作者：
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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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