多孔钛合金孔壁表面力电转换涂层构建及其骨生长响应机制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51771227
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    55.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0103.金属材料使役行为与表面工程
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The porous titanium alloys have exhibited their superiority as load-bearing metal implants. But its application is still constrained by the poor bone ingrowth, especially in deep part of the implants. Although the surface modification have provided a great many methods, the problem has not been resolved yet. Basing on the characteristics of endogenous electric field generated by mechano-electric transduction which could regulate the osteogenitic process under physiology condition, the research group will focus on the reconstruction of this mechano-electric transduction in porous titanium alloys. By tackling a series technical difficulties, a hydrothermal route will be used to get a nanoparticle barium titanate ceramic coatings, by which the endogenous electric field can be generated in a mechano-electric transducting way in vivo. The generated endogenous electric field will then optimize the bone ingrowth. Meanwhile, we will study the relationship between hydrothermal growth and interface reinforcement in the inner part of material and the related mechanism. The mechanism of coating thickness, grain size and phase composition affecting the mechano-electric transduction will also be studied. Then, through compressing cultivation of osteoblast in vitro, implantation in vivo and finite-element analysis, the effect of bone healing and mechano-electric transduction on nanoparticle barium titanate ceramic coatings will be observed and the related mechanisms will be revealed. Hence we could provide a new method for endogenous electric field construction and solve the problem of poor bone ingrowth into the porous titanium alloys.
多孔钛合金作为承重部位骨缺损修复替代优势材料,其应用效果仍受到内部孔隙骨长入不良的影响,现有表面活性涂层改性技术尚未有效解决这一难题。基于生理状态下,骨组织具有力电转换形成内生电场调控骨形成的特性,本项目针对多孔钛合金孔隙内部力电转换机制缺失的科学问题,拟通过攻克水热生长关键技术,在多孔钛合金孔壁表面设计并构建纳米粒状钛酸钡压电陶瓷涂层,在应力刺激下,发挥力电转换效应,形成有利新骨长入的内生电场。研究涂层的水热生长及其与多孔钛合金孔壁界面结合强化机制,探讨涂层晶粒尺度、物相组成、涂层厚度等结构组态对纳米钛酸钡力电转换效能的影响规律;通过成骨细胞体外加压培养、不同受力动物模型体内植入和有限元分析,揭示多孔钛合金孔壁表面纳米钛酸钡涂层改性的力电转换效应与孔隙内部骨形成关系,阐明相关骨生长响应机制,为多孔钛合金孔隙内部内生电场构建提供新方法,有效解决多孔钛合金内部孔隙骨长入难题。

结项摘要

多孔钛合金具有良好的生物相容性和力学特性以,同时骨组织长入材料内部后形成的锁固结构更有利于材料的稳定。但钛合金不具生物活性,导致孔隙深部骨长入不佳。钛酸钡压电陶瓷能够实现力-电信号的转换而被广泛关注。人体骨骼同样可感受环境力学刺激并进行力-电信号的转换形成内生电场,进而电信号调节相关细胞功能,从而促进新骨形成。本项目在前期研究基础上,通过水热合成法将钛酸钡纳米颗粒制备于多孔钛合金表面及内部,使该复合材料兼具钛合金的力学性能和钛酸钡的力电转换性能,进一步诱导新骨和血管长入孔隙深部,加强骨与材料的结合。通过能谱分析以及X射线衍射仪验证了水热合成可成功将钛酸钡制备在钛合金表面。通过压电力显微镜证实复合材料具有力电转换性能。通过体外细胞实验证实该复合材料可有效促进骨髓间充质干细胞(MSCs)和人脐静脉内皮细胞(HUVECs)增殖与迁移,同时可促进MSCs成骨分化及HUVECs成血管相关蛋白表达。在体内羊椎间融合器植入模型中,该复合材料通过压电效应可有效促进材料内部骨长入及材料周围和内部血管生成。因此,多孔钛合金表面生物活性钛酸钡涂层修饰可被用于骨植入物,能够有效促进骨形成和骨整合。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Magnesium promotes bone formation and angiogenesis by enhancing MC3T3-E1 secretion of PDGF-BB
镁通过增强MC3T3-E1分泌PDGF-BB来促进骨形成和血管生成
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2020-08-06
  • 期刊:
    BIOCHEMICAL AND BIOPHYSICAL RESEARCH COMMUNICATIONS
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Liu, Wenwen;Guo, Shuo;Guo, Zheng
  • 通讯作者:
    Guo, Zheng
HSP90AA1-mediated autophagy promotes drug resistance in osteosarcoma.
HSP90AA1介导的自噬促进骨肉瘤耐药
  • DOI:
    10.1186/s13046-018-0880-6
  • 发表时间:
    2018-08-28
  • 期刊:
    Journal of experimental & clinical cancer research : CR
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xiao X;Wang W;Li Y;Yang D;Li X;Shen C;Liu Y;Ke X;Guo S;Guo Z
  • 通讯作者:
    Guo Z
Three-Dimensionally Printed Ti2448 With Low Stiffness Enhanced Angiogenesis and Osteogenesis by Regulating Macrophage Polarization via Piezo1/YAP Signaling Axis.
具有低硬度的三维打印 Ti2448 通过 Piezo1/YAP 信号轴调节巨噬细胞极化来增强血管生成和骨生成
  • DOI:
    10.3389/fcell.2021.750948
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Frontiers in cell and developmental biology
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Tang Z;Wei X;Li T;Wu H;Xiao X;Hao Y;Li S;Hou W;Shi L;Li X;Guo Z
  • 通讯作者:
    Guo Z
A vessel subtype beneficial for osteogenesis enhanced by strontium-doped sodium titanate nanorods by modulating macrophage polarization
掺锶钛酸钠纳米棒通过调节巨噬细胞极化增强有利于成骨的血管亚型
  • DOI:
    10.1039/d0tb00282h
  • 发表时间:
    2020-07-28
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY B
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Guo, Shuo;Yu, Dongmei;Guo, Zheng
  • 通讯作者:
    Guo, Zheng
Biofunctional magnesium coated Ti6Al4V scaffold enhances osteogenesis and angiogenesis in vitro and in vivo for orthopedic application
生物功能镁涂层 Ti6Al4V 支架可在体外和体内增强骨生成和血管生成,用于骨科应用
  • DOI:
    10.1016/j.bioactmat.2020.04.019
  • 发表时间:
    2020-09-01
  • 期刊:
    BIOACTIVE MATERIALS
  • 影响因子:
    18.9
  • 作者:
    Gao, Peng;Fan, Bo;Guo, Zheng
  • 通讯作者:
    Guo, Zheng

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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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