新型自发泡骨粘合材料抗菌、促修复的作用和机制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81902185
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H0603.骨、关节、软组织医用材料
  • 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

Surgery is the ultimate treatment for spinal infection. The key principle for successful treatment of spinal infection is filling effective biomaterials and local antibiotic treatment on the basis of thorough debridement. Polymethylmethacrylate (PMMA) is the most common bone cement which has been used as graft substitutes in vertebral surgeries. However, its obvious deficiencies such as shrinkage during polymerization、lack of drug loading pore and antibiotic function lead to the recurrence of infection and long-term vertebral instability. Polymethyl methacrylate-polyacrylic acid-polystyrene (PMMA-PAA-PSt) is an novel self-expandable bone cement with independent intellectual property rights investigated by our research team. Previous results showed that the cement had good biocompatibility and the ability of swelling to form porous /coral structure, which gave us an new approach for manufacturing drug release bone cement. However, the compressive strength of new expandable bone cement is lower than that of the traditional PMMA. Therefore, this study aims to reinforce PMMA-PAA-PSt bone cement by aramid fiber, and make combined use of vancomycin and imipenem to synthesize a novel “expandable filling, slow releasing antibacterial ” multifunctional bone adhesive materials. We will evaluate the characterization、antibacterial and promoting osteogenesis properties of new cement by material analyzation、molecular biology methods and animal model. Then, the optimal expansion ratio for drug release of the cement was obtained. Finally, we will develop an novel expandable antibacterial cement, which is suitable for clinical usage and drug release. This study is of great theoretical and practical significance.
手术是脊柱感染的终极治疗手段,其关键是在彻底清除病灶基础上对骨缺损进行有效填充和局部抗菌治疗。然而椎体手术最常用的填充材料PMMA存在体积收缩、缺乏载药孔隙、无抗菌作用等缺陷,易致感染复发并影响椎体稳定的远期临床疗效。 “聚甲基丙烯酸甲酯-聚丙烯酸-聚苯乙烯(PMMA-PAA-PSt)”聚合物是本课题组研发的具有自主知识产权的新型吸水自膨胀骨粘合材料,其生物相容性好,吸水膨胀后可形成多孔/珊瑚样结构,为骨水泥载药释药提供了新的途径。由于膨胀骨水泥的抗压强度较PMMA降低,因此本研究拟通过芳酰胺纤维强化,联合万古霉素、亚胺培南负载,构建新型“膨胀填充、缓释抗菌”的多功能骨水泥,利用材料学、分子生物学和动物模型等方法分析新型骨水泥的表征、体内外抑菌及促成骨性能,得到最优膨胀倍率的释药骨水泥,最终获取一种满足手术要求、抑菌效果好的新型自发泡抗菌骨粘合材料。本研究具有极其重要的理论和现实意义。

结项摘要

本研究在前期课题组研发新型骨填充材料P(MMA-AA)与P(MMA-AA-St)优良的吸水膨胀性能基础上,结合严重感染创面局部pH5.5-6.5的特点,利用越橘提取物的PH响应机制,改性膨胀骨填充材料,实现抗生素的缓释作用和基于越橘提取物PH响应的感染清除作用,利用材料学和分子生物学等方法分析新型骨水泥的表征及体内外抑菌效果。扫描电镜提示P(MMA-AA)与P(MMA-AA-St)为可吸水膨胀的纳米微球,粒径分别为438.77±36.05nm、200.87±10.34nm;Zeta电位检测结果提示其携带负电荷,可与带正电荷的万古霉素(van)产生相互吸引,具备药物缓释基础;负载越橘提取物与万古霉素的P(MMA-AA)-van与P(MMA-AA-St)-van吸水率分别为100.44±2.86%、61.40±2.85%,膨胀率分别为105.76±2.51%、65.42±3.39%,具有较好的吸水膨胀性能;P(MMA-AA)-van和P(MMA-AA-St)-van的压缩强度分别为88.17±6.14 MPa与79.83±6.97MPa,均高于ISO5833标准所要求的70MPa,同时P(MMA-AA)-van和P(MMA-AA-St)-van的弹性模量也较PMMA-van显著下降;材料浸泡在pH5.4-pH9.4的梯度pH溶液中发现,P(MMA-AA)-van和P(MMA-AA-St)-van具有较好的pH响应特性,能够示意植入周围组织的炎症变化,提示感染清除的程度;体外释药结果提示,PMMA-van在1周内达到释放平衡,P(MMA-AA)-van缓释持续4周达到平衡,P(MMA-AA-St)-van可缓释持续约21周,两者总体释放率均显著高于PMMA-van;材料抗生素释放浸提液抑菌实验结果提示,P(MMA-AA)-van和P(MMA-AA-St)-van抑菌环大小随着释放时间增加而增大;体外细胞相容性实验提示,P(MMA-AA)-van与P(MMA-AA-St)-van均具有较好细胞相容性;SD大鼠感染模型,伤口分泌物细菌培养结果提示,植入P(MMA-AA)-van与P(MMA-AA-St)-van组相比PMMA-van组创面处菌落数量明显减少;综上所述,研发的新型自发泡抗菌骨粘合材料满足手术要求、抑菌效果好,在脊柱感染的手术治疗方面具有良好的应用前景。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Absorptive and expansive behaviors of poly(methyl methacrylate-co-acrylic acid) bone cement.
聚甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚骨水泥的吸收和膨胀行为
  • DOI:
    10.1016/j.colsurfb.2020.110848
  • 发表时间:
    2020-02
  • 期刊:
    Colloids and Surfaces B: Biointerfaces
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Chen Lei;Tang Yufei;Zhao Kang;Liu Jiaxin;Bai Hao;Wu Zixiang
  • 通讯作者:
    Wu Zixiang
High water-absorbent and fast-expanding PMMA bone cement with double-bridged structure
双桥结构高吸水快膨胀PMMA骨水泥
  • DOI:
    10.1002/app.50464
  • 发表时间:
    2021-01-14
  • 期刊:
    JOURNAL OF APPLIED POLYMER SCIENCE
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Chen, Lei;Tang, Yufei;Wu, Zixiang
  • 通讯作者:
    Wu, Zixiang
Radical treatment of severe open fractures of extremities by orthoplastic surgery: a 10-year retrospective study.
矫形外科根治四肢严重开放性骨折:10年回顾性研究
  • DOI:
    10.1186/s13018-021-02479-2
  • 发表时间:
    2021-05-27
  • 期刊:
    Journal of orthopaedic surgery and research
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Yang Z;Xu C;Zhu YG;Li J;Wu ZX;Zou JW;Xue BB;Miao DM;Shang L;Zhao GY
  • 通讯作者:
    Zhao GY
Bioactive graphene oxide-functionalized self-expandable hydrophilic and osteogenic nanocomposite for orthopaedic applications.
用于骨科应用的生物活性氧化石墨烯功能化自膨胀亲水性和成骨纳米复合材料
  • DOI:
    10.1016/j.mtbio.2022.100500
  • 发表时间:
    2023-02
  • 期刊:
    MATERIALS TODAY BIO
  • 影响因子:
    8.2
  • 作者:
    Tan, Quan-Chang;Jiang, Xia-Shu;Chen, Lei;Huang, Jin-Feng;Zhou, Qiu-Xia;Wang, Jing;Zhao, Yan;Zhang, Bo;Sun, Ya-Ni;Wei, Min;Zhao, Xiong;Yang, Zhao;Lei, Wei;Tang, Yu-Fei;Wu, Zi-Xiang
  • 通讯作者:
    Wu, Zi-Xiang
Effects of Revision Rod Position on Spinal Construct Stability in Lumbar Revision Surgery: A Finite Element Study.
腰椎翻修手术中翻修杆位置对脊柱结构稳定性的影响:有限元研究
  • DOI:
    10.3389/fbioe.2021.799727
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Frontiers in bioengineering and biotechnology
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Tan QC;Huang JF;Bai H;Liu ZX;Huang XY;Zhao X;Yang Z;Du CF;Lei W;Wu ZX
  • 通讯作者:
    Wu ZX

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其他文献

胆管膜侧特异性单克隆抗体的制备及其特性的鉴定
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    乔丽娟;崔丽娜;杨照;张懿;王学昌;韩英;周新民
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    周新民
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  • 发表时间:
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    李鸿乂
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    王法琪;张扬;杨晓江;杨照;徐超;王宏;温鑫鑫;雷伟
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  • 发表时间:
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    --
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  • 通讯作者:
    何海林

其他文献

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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

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          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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