Mg-RE(Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu)二元合金的体内外生物相容性对比研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51871004
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    61.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0110.金属生物与仿生材料
  • 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

Rare earth (RE) elements include 15 lanthanides in periodic table of elements, and elements scandium and yttrium whose characteristics are similar to lanthanides. Currently, the reported research works on Mg-RE based alloys for biomedical application were limited, including seven binary alloy systems and WE43, LAE442 and other multi-component alloy systems. Due to the different addition content of the RE element, different material fabrication and process technology, and different experimental condition at biocompatibility evaluation, the in vitro and in vivo biocompatibility evaluation results on these materials are dispersive, without comparable and systematic data. Some RE elements are unknown. The present work aims to add the same amount of rare earth elements (Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu) into magnesium, respectively, to obtain binary Mg-RE model alloys (two material models: one is the Mg solid solution with RE, the other is the dual phases with the Mg matrix and the secondary phase ), with the same fabrication method and processing technology. Under the same experiment conditions, comparative study on the degradation behavior in simulated body fluid, cytotoxicity and biological evaluation after implantation in animals will be carried out to acquire the order of cytotoxicity and histocompatibility under the condition of co-release of a certain rare earth element and magnesium ion. The element optimization principle for designing Mg-RE alloys, which refers to the best choice of element type and additive content, and the suitable implantation position (within bone or blood vessel) for these 16 kinds of rare earth elements, will be concluded from the viewpoint of biocompatibility. The relevance of in vivo and in vitro measurement data will be determined, which will provide scientific guidance for high performance Mg-RE alloy implant materials and their medical device design.
稀土(RE)包括15种镧系元素、Sc和Y。检索全球医用Mg-RE合金文章,查到7种RE的二元镁合金和WE43、LAE442等多元镁合金,但RE添加量不同,材料制备加工方法不同,生物相容性评价条件不同,使得文献报导的Mg-RE合金之间生物相容性数据缺乏可比较性,还有多种RE未见报导。项目拟分别加入相同剂量RE(Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu)到Mg,按照同样的熔炼方法和加工路径,制得两类组织模型的Mg-RE二元合金(固溶有RE的Mg单相、Mg基体+第二相的双相),在等同试验条件下开展降解行为和体内外生物相容性等方面的对比性研究,以期获得16种RE与Mg制得的Mg-RE二元合金其降解产物引发细胞毒性、血液相容性、组织相容性的排序,为高性能Mg-RE合金设计的元素选择,即RE的种类、用量和适用的组织部位(骨或血液),提供指导性原则。

结项摘要

稀土(RE)包括15种镧系元素、Sc和Y。检索全球医用Mg-RE合金文章,查到7种RE的二元镁合金和WE43、LAE442等多元镁合金,但RE添加量不同,材料制备加工方法不同,生物相容性评价条件不同,使得文献报导的Mg-RE合金之间生物相容性数据缺乏可比较性,还有多种RE未见报导。本项目制备了新型Mg-RE(RE=Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu)二元合金作为试验研究的材料模型,通过评价显微组织和力学性能,探索了不同稀土元素对于组织的影响进而研究了与力学性能的关系。利用模拟体液评价了Mg-RE二元合金的离子溶出行为、材料与液体相界面的化学反应与结构特点,揭示了腐蚀机理与规律。通过体外细胞实验考察稀土元素和Mg共释放过程中对成骨相关细胞或血管相关细胞的毒性影响规律,确定了安全极限。最终通过动物在体实验考察合金在体内的降解行为和代谢途径,通过观察合金植入物周围的组织理化变化及植入物力学变化规律,揭示合金的降解产物对周围组织的生物学效应和相关性能的相互作用规律,为可降解镁合金尤其是可降解Mg-RE合金更为广泛的医学应用提供了理论依据。

项目成果

期刊论文数量(18)
专著数量(1)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Predicting the degradation behavior of magnesium alloys with a diffusion-based theoretical model and in vitro corrosion testing
利用基于扩散的理论模型和体外腐蚀测试预测镁合金的降解行为
  • DOI:
    10.1016/j.jmst.2019.02.004
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Materials Science & Technology
  • 影响因子:
    10.9
  • 作者:
    Zhenquan Shen;Ming Zhao;Dong Bian;Danni Shen;Xiaochen Zhou;Jianing Liu;Yang Liu;Hui Guo;Yufeng Zheng
  • 通讯作者:
    Yufeng Zheng
In vivo studies on Mg-1Sc alloy for orthopedic application: A 5-months evaluation in rabbits
用于骨科应用的 Mg-1Sc 合金的体内研究:对兔子进行 5 个月的评估
  • DOI:
    10.1016/j.matlet.2019.127130
  • 发表时间:
    2020-03-01
  • 期刊:
    MATERIALS LETTERS
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Lin, Yulin;Liu, Jianing;Zheng, Yufeng
  • 通讯作者:
    Zheng, Yufeng
Comparative in vitro study on binary Mg-RE (Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu) alloy systems
二元 Mg-RE(Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb 和 Lu)合金体系的体外比较研究
  • DOI:
    10.1016/j.actbio.2019.11.013
  • 发表时间:
    2020-01-15
  • 期刊:
    ACTA BIOMATERIALIA
  • 影响因子:
    9.7
  • 作者:
    Liu, Jianing;Bian, Dong;Guan, Shaokang
  • 通讯作者:
    Guan, Shaokang
pH Stimuli-Responsive, Rapidly Self-healable Coatings Enhanced the Corrosion Resistance and Osteogenic Differentiation of Mg-1Ca Osteoimplant.
pH 刺激响应、快速自修复涂层增强 Mg-1Ca 骨植入物的耐腐蚀性和成骨分化。
  • DOI:
    10.1002/smll.202106056
  • 发表时间:
    2022-05
  • 期刊:
    Small
  • 影响因子:
    13.3
  • 作者:
    D;an Xia;Zhaojun Jia;Yunong Shen;Yufeng Zheng;Yan Cheng;Pan Xiong;Shaokang Guan;Yuqian Xu;Fan Yang;Yunsong Liu;Yongsheng Zhou
  • 通讯作者:
    Yongsheng Zhou
Osteogenic and pH stimuli-responsive self-healing coating on biomedical Mg-1Ca alloy
生物医用 Mg-1Ca 合金上的成骨和 pH 刺激响应自修复涂层
  • DOI:
    10.1016/j.actbio.2019.05.027
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Acta Biomaterialia
  • 影响因子:
    9.7
  • 作者:
    Xiong Pan;Jia Zhaojun;Zhou Wenhao;Yan Jianglong;Wang Pei;Yuan Wei;Li Yangyang;Cheng Yan;Guan Zhenpeng;Zheng Yufeng
  • 通讯作者:
    Zheng Yufeng

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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]
      
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