多尺度仿骨结构壳聚糖/磷灰石复合材料的按需构建及其细胞共培养

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51372051
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 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:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

In order to accelerate critical size bone defect reconstruction, on-demand construction and indirect contact cell co-culture in chitosan/apatite composites(CS/HA) with multiscale biomimetic bone structure were developed inspired by the multiscale concentric layer structure and multiple cells of nature bone. Programmable concentration wave and UV photolithography are adopted to achieve the on-demand concentric layer patterns to mimic the lamellar structure of bone and the protein/cell laden chitosan microgels with concentric pattern to mimic the osteon structure. The quantitative regularities of the shape, alternate periodicity, amplification and alternate soaking sequence to modulate the programmable patterns and multiscale orientated porous structures of CS/HA would be established. The mechanism understanding of concentric pattern formation during non-equilibrium gelation process would be demonstrated through the spatial and temporal distribution of hydroxide ions simulated by reaction diffusion model. The on-demand shape, size and pattern array of dentin matrix protein 1(DMP1)/cell laden chitosan microgel with biomimetic osteon structure would be fabricated by UV photolithography with excellent cell viability in order to provide the concentric pattern structure and hydrogel based microenvironment for cells proliferation and differentiation. We would focus on the critical size effect of microgel, function and enhancement effect of biomineral nanoparticles (such as apatite or magnetite nanoparticles) and osteonic differentiation induced by DMP1. Assembling the DMP1/bone mesenchymal stem cells (BMSC) laden microgel into the hollow structure of the tailor-made lamella like CS/HA seeding with human umbilical vein endothelial cells (HUVEC), we would try to address the possible effect of multiscale structure,DMP1 and HUVEC on the induced osteoblast differentiation from BMSC and illustrate the cell/cell interaction of different cells and cell/hydrogel. The multiscale structure chitosan/apatite and indirect 3D cell co-culture would boost the development of vascularized bone tissue engineering and provide the fundamental understanding of critical size bone defect reconstruction.
为实现大尺寸骨缺损的快速修复,基于骨组织多尺度同心层状结构和细胞多样性的特点,采用程序化浓度波和光刻技术分别构建可按需调控的仿环骨板结构CS/HA和原位负载蛋白质/细胞的仿骨单位结构壳聚糖微凝胶。研究浓度波的形状、周期性和振幅对仿环骨板结构参数和取向孔道的调控规律,建立仿环骨板结构参数与力学性能之间的定量关系。采用光刻技术构建形状可控、尺寸可调且原位负载细胞/牙本质基质蛋白1(DMP1)的微凝胶,利用磁场诱导组装获得三维仿骨单位结构组装体。研究微凝胶的尺寸效应和DMP1促进细胞粘附与诱导成骨分化作用。将负载血管内皮细胞的CS/HA与原位负载DMP1/骨髓间充质干细胞的微凝胶组合建立三维细胞共培养平台,研究多尺度仿骨结构、DMP1和血管内皮细胞对干细胞定向诱导分化的影响和血管化作用,阐明DMP1刺激下细胞/水凝胶的交互作用,这将为血管化骨组织工程和诱导大尺寸骨缺损修复提供新途径与实验依据。

结项摘要

为了实现壳聚糖/磷灰石修复临界尺寸骨缺损,基于天然骨组织多尺度同心层状结构,采用程序化浓度波构建可按需调控的仿环骨板结构壳聚糖与壳聚糖/羟基磷灰石复合材料。建立了浓度波的形状、周期性和振幅对仿环骨板结构参数定量调控规律。层数=118/反应周期,厚度=54.43*反应周期-10.42。. 针对壳聚糖存在中性pH下无法水溶、无法UV交联等缺点,采用一步N-酰化合成UV交联壳聚糖—甲基丙烯酰基壳聚糖(N-MAC)。研究发现随着甲基丙烯酸酐与壳聚糖氨基比例的增加,甲基丙烯酰基取代度也会增加。UV交联壳聚糖可通过快速UV辐照(30 s)实现固化,并且UV交联壳聚糖水溶液及其水凝胶都具有较好的细胞相容性。通过UV光刻方法制备出多种图案化微凝胶(包括规则图案以及复杂徽标)。此外UV交联壳聚糖水溶液还可通过皮下注射的方式实现快速皮下UV交联,其水凝胶在体内降解不会引起慢性炎症反应,具有较好的体内生物相容性。负载羟基磷灰石的UV交联壳聚糖复合水凝胶可加速修复临界尺寸的颅骨缺损。. 针对UV交联壳聚糖缺少温度响应性,依次采用自由基接枝与N-酰化两步反应合成温敏UV交联壳聚糖—异丙基丙烯酰胺接枝甲基丙烯酰基壳聚糖。温敏UV交联壳聚糖水凝胶具有温度引发的可逆体积收缩与膨胀性能。研究表明可通过温敏单元NIPAM的接枝量来调控相转变温度以及水凝胶的溶胀性能。将具有光热效应的碳纳米片负载于温敏UV交联壳聚糖水凝胶中,可实现近红外光(NIR)引发的水凝胶体积收缩。将模型药物多柔比星(DOX)负载其中,可实现NIR引发的DOX按需释放行为。. 针对碳纳米点荧光探针存在合成产率低(小于50%)的缺点,分别将含有碳碳双键的壳聚糖与含有碳碳双键小分子/壳聚糖前驱体通过水热碳化法合成碳纳米点。研究发现碳碳双键的含量与合成产率呈现正相关性,最高产率可达85.9%。合成出的碳纳米点由于氮元素的掺杂使得其具有较宽的发射波长(380~550 nm)。碳纳米点荧光探针容易在斑马鱼的肝脏、卵黄以及消化系统富集,并可通过消化系统代谢出去,具有较好的体内生物相容性。此外研究发现碳纳米点还可通过下调内源与外源ROS,在体内起到氧化应激的保护作用。为了赋予监测壳聚糖体内降解,以碳纳米点作为荧光探针,可赋予UV交联壳聚糖水凝胶以红色荧光发射。作为新型荧光探针,碳纳米点具有低光致漂白性能以及良好的生物相容性。

项目成果

期刊论文数量(19)
专著数量(4)
科研奖励数量(4)
会议论文数量(14)
专利数量(7)
Cell laden and patterned chitosan microgel for micro-scale tissue engineering
用于微型组织工程的充满细胞和图案化的壳聚糖微凝胶
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Journal of Controlled Release
  • 影响因子:
    10.8
  • 作者:
    Baoqiang Li;Lei Wang;Jinghao Guo;Feng Xu
  • 通讯作者:
    Feng Xu
Molten salt synthesis of nitrogen and oxygen enriched hierarchically porous carbons derived from biomass via rapid microwave carbonization for high voltage supercapacitors
通过快速微波碳化从生物质中熔盐合成富氮和氧的分级多孔碳用于高压超级电容器
  • DOI:
    10.1016/j.apsusc.2018.01.006
  • 发表时间:
    2018-05-01
  • 期刊:
    APPLIED SURFACE SCIENCE
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Cheng, Yinfeng;Li, Baoqiang;Zhou, Yu
  • 通讯作者:
    Zhou, Yu
Ultraviolet-Crosslinkable and Injectable Chitosan/Hydroxyapatite Hybrid Hydrogel for Critical Size Calvarial Defect Repair in Vivo
紫外线交联可注射壳聚糖/羟基磷灰石混合水凝胶用于体内临界尺寸颅骨缺损修复
  • DOI:
    10.1115/1.4032902
  • 发表时间:
    2015-11
  • 期刊:
    Journal of Nanotechnology in Engineering and Medicine
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Li Baoqiang;Wang Lei;Hao Yu;Wei Daqing;Li Ying;Feng Yujie;Jia Dechang;Zhou Yu
  • 通讯作者:
    Zhou Yu
Sensitive naked-eye sensor for thiol-containing amino acids
用于检测含硫醇氨基酸的灵敏肉眼传感器
  • DOI:
    10.1016/j.nano.2015.12.297
  • 发表时间:
    2016-02
  • 期刊:
    Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Ding Haichang;Li Baoqiang;Pu Shouzhi;Wei Daqing;Feng Yujie;Jia Dechang
  • 通讯作者:
    Jia Dechang
High-yield synthesis of strong photoluminescent N-doped carbon nanodots derived from hydrosoluble chitosan for mercury ion sensing via smartphone APP
高产率合成由水溶性壳聚糖衍生的强光致发光氮掺杂碳纳米点,用于通过智能手机APP传感汞离子
  • DOI:
    10.1016/j.bios.2015.11.085
  • 发表时间:
    2016-05-15
  • 期刊:
    BIOSENSORS & BIOELECTRONICS
  • 影响因子:
    12.6
  • 作者:
    Wang, Lei;Li, Baoqiang;Zhou, Yu
  • 通讯作者:
    Zhou, Yu

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其他文献

超顺磁性Fe_3O_4纳米颗粒的合成及应用
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  • 发表时间:
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  • 作者:
    周玉;王永亮;李保强
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    李保强
壳聚糖/羧甲基壳聚糖止血膜的制备与表征
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    方一帆;李保强
  • 通讯作者:
    李保强
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国修复重建外科杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张宇锡;孙湛;李保强;黄雁鸣
  • 通讯作者:
    黄雁鸣
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    实验技术与管理
  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    韦其全
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    过程工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李保强;金化成;张延昌;胡鹏;袁方利;陈运法
  • 通讯作者:
    陈运法

其他文献

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李保强的其他基金

铜特异性识别膦酸配体及其修饰碳点的精准合成、螯合性能及生物效应
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
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智能UV交联壳聚糖/荧光磷灰石可注射水凝胶的可控合成及其活性氧调控机制
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相似国自然基金

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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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