巨噬细胞分型时序可控的CoFe2O4@BaTiO3/P(VDF-TrFE)生物复合涂层构建及其评价

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51902135
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0210.无机非金属类生物材料
  • 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

When the surface of the bone implant induces an inflammatory response, the M1 and M2 phenotypes generated by macrophage polarization can promote osseointegration in the early and middle stages of inflammation, respectively. Therefore, the temporally controlling macrophage phenotypes become a key scientific issue. Based on the research that macrophage polarization is controlled by the interaction between adsorbed protein and integrin, and surface potential can effectively regulate the interaction between adsorbed protein and integrin, this project innovatively proposes a research strategy that manipulating the controllable variation of surface potential of the coating, temporally modulating the phenotypes generated by macrophage polarization, in order to match the needs of different inflammatory stages, accelerate the formation of osseointegration. From a perspective of improving actionable dipole, the CoFe2O4@BaTiO3 core-shell structure was designed to enhance the local effective dipole of CoFe2O4, and the CoFe2O4@BaTiO3/P(VDF-TrFE) high magnetoelectric performance composite coating with dynamic controllable surface potential was constructed. The magnetic field manipulates the dynamic controllable variation of the surface potential of the coating, regulates the protein adsorption conformation, and modulates the protein-integrin interaction to achieve the temporal controllability of macrophage phenotype. It is proposed to study the coating construction and the relationship between controllable variation of surface potential and cell phenotype, and reveal the mechanism of surface potential temporally controlling macrophage phenotype.
骨植入体表面引发炎症反应时,巨噬细胞极化所产生的M1和M2分型可分别在炎症早期和中晚期对骨整合产生重要促进作用,因此,巨噬细胞分型的时序可控成为了关键科学问题。基于巨噬细胞极化受控于吸附蛋白与整合素相互作用、表面电势可有效调控吸附蛋白与整合素相互作用的研究基础,本项目创新性地提出“操纵涂层表面电势可控变化,时序调控巨噬细胞极化所得分型,以期匹配不同炎症时期分型需求,加速骨整合形成”的研究策略。从提高可作用偶极视角,设计CoFe2O4@BaTiO3核壳结构增强CoFe2O4表面局域有效偶极,构建表面电势动态可控的CoFe2O4@BaTiO3/P(VDF-TrFE)高磁电性能复合涂层。通过磁场操纵涂层表面电势动态可控变化,调节蛋白吸附构象,调制蛋白-整合素相互作用,实现巨噬细胞分型的时序可控。拟开展涂层构建、表面电势可控变化与细胞分型间的关系等研究,揭示表面电势对巨噬细胞分型时序可控作用机制。

结项摘要

在骨生物材料植入到体内后,巨噬细胞极化所得的M1和M2分型可发挥重要的成骨调控作用。因此,如何通过骨植入材料表面性能调控巨噬细胞分型是获得快速骨整合的关键。前期研究中,我们已经证实材料表面电势对成骨细胞具有重要调控作用。在本项目中,通过溶胶凝胶法合成了核壳结构CoFe2O4@BaTiO3(CFO@BTO)纳米粒子,构建了CFO@BTO/P(VDF-TrFE)磁电生物复合涂层,并研究了核壳纳米粒子对复合涂层磁电性能的影响;采用不同强度的磁场诱导复合涂层表面产生的不同的表面电势,研究了表面电势对巨噬细胞生长行为与极化分型的影响;通过PCR等分子生物学方法,研究了表面电势与功能蛋白活性位点暴露程度、功能蛋白活性位点暴露程度与整合素介导的巨噬细胞极化信号通路之间的相互关系。研究表明,较低的表面电势有利于纤维蛋白原上活性位点的暴露,可激活整合素αMβ2介导的M1极化信号通路;而较高的表面电势则有利于纤连蛋白上活性位点的暴露,可激活整合素α5β1介导的M2极化信号通路。通过细胞培养实验,评价了表面电势对巨噬细胞极化分型及成骨分化的影响。结果表明,相比静态培养,表面电势动态时序调控可引导巨噬细胞分型之间的转化,从而提升ALP、Col-Ⅰ、OCN、Runx2等成骨因子的表达水平。该研究成果为发展了一类可时序调控的生物活性材料,可加快实现植入体的骨整合,为设计刺激响应型的新型骨植入体提供了理论依据和方向。在本项目的支持下,发表了SCI论文五篇,授权国家发明专利一项。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Magnetic-Field-Assisted Cellular Osteogenic Differentiation on Magnetic Zinc Ferrite Coatings via MEK/ERK Signaling Pathways
通过 MEK/ERK 信号通路在磁性锌铁氧体涂层上进行磁场辅助细胞成骨分化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    ACS Biomaterials Science & Engineering
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Bolin Tang;Xiaojun Shen;Guanchen Ye;Yaru Yang;Yang Jiang;Hongqin Xia;Xiaoyi Chen
  • 通讯作者:
    Xiaoyi Chen
Improved tribological and thermo-mechanical properties of epoxy resin with micro-nano structured ZrO2/Ti3C2 particles
微纳结构ZrO2/Ti3C2颗粒改善环氧树脂的摩擦学和热机械性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Applied Polymer Science
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Jie Yi;Yaru Yang;Yalin Zhang;Miao Cao;Tianle Wang;Jipeng Guan;Yunchao Xiao;Yuanjie Zhang;Bolin Tang;Xiaojun Shen
  • 通讯作者:
    Xiaojun Shen
Improved mechanical performances of short aramid fiber-reinforced polypropylene composites by Ti3C2 Mxene nanosheets
Ti3C2 Mxene 纳米片改善短芳纶纤维增强聚丙烯复合材料的机械性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Polymer Composites
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Bolin Tang;Yaru Yang;Yicheng Shi;Huijie Nie;Hongqin Xia;Xiaojun Shen
  • 通讯作者:
    Xiaojun Shen
Enhanced cellular osteogenic differentiation on CoFe2O4/P(VDF-TrFE) nanocomposite coatings under static magnetic field
静磁场下 CoFe2O4/P(VDF-TrFE) 纳米复合涂层增强细胞成骨分化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Colloids and Surfaces B: Biointerfaces
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Bolin Tang;Xiaojun Shen;Yaru Yang;Zhi Xu;Jie Yi;Yongbo Yao;Miao Cao;Yalin Zhang;Hongqin Xia
  • 通讯作者:
    Hongqin Xia
Polarization behavior of bone marrow-derived macrophages on charged P(VDF-TrFE) coatings
带电 P(VDF-TrFE) 涂层上骨髓源性巨噬细胞的极化行为
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Biomaterials Science
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Zhiying Wang;Xuzhao He;Bolin Tang;Xiaoyi Chen;Lingqing Dong;Kui Cheng;Wenjian Weng
  • 通讯作者:
    Wenjian Weng

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其他文献

氢分离非钯合金膜表面处理研究进展
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    表面技术
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  • 作者:
    唐柏林;陈修;杨波;孟野;顾亦诚;陆羽;史晓斌;张世宏;宋广生
  • 通讯作者:
    宋广生
氢分离合金冷轧成膜组织演变及透氢性能研究进展
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  • 期刊:
    稀有金属材料与工程
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  • 作者:
    杨波;陈修;唐柏林;孟野;顾亦诚;史晓斌;江鹏;宋广生
  • 通讯作者:
    宋广生

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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