3D打印多级有序仿生支架促进腱骨愈合的实验研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31900945
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1002.生物材料与生物效应
  • 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

It is a great challenge to repair tendon (ligament) with satisfactory long-term efficacy in clinic. One of the critical issues is the poor outcome of graft-to-bone interface healing, which is hard to be biologically integrated. The development of tissue engineering scaffolds provides a new aspect to solve this problem. However, the general tendon (ligament) tissue engineering scaffolds have several disadvantages such as poor control of structure, low mechanical strength, and insufficient osteogenic performance. Therefore, in this project, we propose a novel tendon-bone tissue engineering scaffold with controllable structure, high mechanical strength, and excellent osteogenic performance by using 3D printing technology. In terms of composition, calcium silicate nanowires with excellent osteogenic activity are combined with alginate which possesses the tenogenic potential. In terms of structure, the orderly arrangement of calcium silicate nanowires in the composite scaffold can be achieved by shear stress from 3D printing header. Also, the micron-oriented fibers of alginate can be constructed by "directional drying method". Thus, the composite scaffolds with "nano-micron-macro" hierarchical architectures are fabricated. The cell study and animal experiments are to explore the influence of the composition/structure dual regulatory scaffolds on tendon-bone healing, as well as the related mechanisms. Our project would provide a theoretical and experimental basis for the design and preparation of new tendon (ligament) tissue engineering scaffolds.
肌腱(韧带)重建手术长期疗效不佳是临床亟待解决的难题,其中一个关键问题就在于腱骨愈合不理想,移植物与骨无法形成生物学融合。组织工程支架的发展为解决这一难题提供了新的手段,但目前的肌腱(韧带)组织工程支架普遍存在结构控制差、力学强度低、成骨性能不足等缺点。为此,本课题拟采用3D打印技术构建结构精确可控、力学强度高且成骨性能优异的腱骨组织工程支架。组成上,我们将成骨活性优异的硅酸钙纳米线与具有成腱潜力的海藻酸结合;结构上,巧妙地利用3D打印针头的剪切应力实现硅酸钙纳米线在复合支架中的有序排列,并通过“定向干燥法”构建海藻酸微米取向纤维,从而制备出“纳米-微米-毫米”多级有序复合仿生支架。进一步通过体外细胞实验和体内动物实验探究组成/结构双调控支架对腱骨愈合的影响及其相关机制,为设计和制备新型肌腱(韧带)组织工程支架提供理论依据和实验基础。

结项摘要

腱骨缺损修复是临床上的一大难题,其原因在于损伤部位同时涉及骨和肌腱两种完全不同的组织,而普通的骨修复材料或者肌腱修复材料并不能同时满足”腱骨“修复的需求。因此,急需开发同时具备成骨和成肌腱活性的新型腱骨修复材料。本项目受天然肌腱的多级取向结构和天然骨的有机/无机复合结构的启发,通过纳米合成技术、3D打印技术以及定向干燥技术的有机组合,构建了具有”纳米-微米-毫米-厘米“多尺度取向结构的海藻酸钠/硅酸钙纳米线(Alg/CS)复合支架,系统研究了制备工艺对支架取向结构及理化性能的影响。结果表明:打印针头越小,CS取向排列越明显。虽然适量的CS复合(5-20 wt%)有利于3D打印的进行,但复合浓度越高,其取向排列越差。相反,支架拉伸强度、离子释放速率随复合增大而增大。定向干燥会增强支架的力学强度,但不影响其离子释放规律。体外细胞实验则表明:复合了适量CS( 10 wt%)的多级取向结构支架比单独取向结构或单独复合支架有更好的细胞调控作用,包括刺激骨髓间充质干细胞增殖、排列和朝成骨分化以及刺激肌腱干细胞增殖、排列和朝成肌腱分化。体内动物模型(兔子跟腱缺损)则进一步证明了具有多级取向结构的Alg/CS复合支架能够显著地促进缺损部位的骨和肌腱再生,加速腱骨融合。本项目充分证明了通过合理的组成和结构双调控,有望协同增强支架的再生活性。而基于这一策略,项目组还构建了针对其他临床应用场景的组成/结构双调控支架,并对其普适性进行了充分验证。该项目的实施不仅为腱骨缺损修复提供了新材料,还为设计和构建新型组织再生材料提供了新思路。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(9)
NIR-II light-responsive biodegradable shape memory composites based on cuprorivaite nanosheets for enhanced tissue reconstruction
基于铜矿纳米片的 NIR-II 光响应可生物降解形状记忆复合材料,用于增强组织重建
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2021.129437
  • 发表时间:
    2021-03
  • 期刊:
    Chemical Engineering Journal
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Chen Yang;Rui Zheng;Muhammad Rizwan Younis;Jundong Shao;Lian-Hua Fu;Dong-Yang Zhang;Jing Lin;Zhiming Li;Peng Huang
  • 通讯作者:
    Peng Huang
Nanocatalytic Theranostics with Glutathione Depletion and Enhanced Reactive Oxygen Species Generation for Efficient Cancer Therapy
具有谷胱甘肽消耗和增强活性氧生成的纳米催化治疗学,可实现有效的癌症治疗
  • DOI:
    10.1002/adma.202006892
  • 发表时间:
    2021-01-04
  • 期刊:
    ADVANCED MATERIALS
  • 影响因子:
    29.4
  • 作者:
    Fu, Lian-Hua;Wan, Yilin;Huang, Peng
  • 通讯作者:
    Huang, Peng
Programmable NIR-II photothermal-enhanced starvation-primed chemodynamic therapy using glucose oxidase-functionalized ancient pigment nanosheets
使用葡萄糖氧化酶功能化的古代色素纳米片进行可编程 NIR-II 光热增强饥饿引发的化学动力学疗法
  • DOI:
    10.1002/smll.202001518
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Small
  • 影响因子:
    13.3
  • 作者:
    Chen Yang;Muhammad Rizwan Younis;Jing Zhang;Junle Qu;Jing Lin;Peng Huang
  • 通讯作者:
    Peng Huang
3D-printed Sr(2)ZnSi(2)O(7) scaffold facilitates vascularized bone regeneration through macrophage immunomodulation.
3D打印的Sr2ZnSi2O7支架通过巨噬细胞免疫调节促进血管化骨再生
  • DOI:
    10.3389/fbioe.2022.1007535
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    FRONTIERS IN BIOENGINEERING AND BIOTECHNOLOGY
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Pan, Hao;Deng, Li;Huang, Lingwei;Zhang, Qi;Yu, Jing;Huang, Yueyue;Chen, Lei;Chang, Jiang
  • 通讯作者:
    Chang, Jiang
3D Printed Wesselsite Nanosheets Functionalized Scaffold Facilitates NIR-II Photothermal Therapy and Vascularized Bone Regeneration.
3D打印韦塞尔石纳米片功能化支架促进NIR-II光热疗法和血管化骨再生
  • DOI:
    10.1002/advs.202100894
  • 发表时间:
    2021-10
  • 期刊:
    Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yang C;Ma H;Wang Z;Younis MR;Liu C;Wu C;Luo Y;Huang P
  • 通讯作者:
    Huang P

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其他文献

壳聚糖涂覆纳米纤维复合膜去除水中Cu~(2+)
  • DOI:
    10.16796/j.cnki.1000-3770.2021.11.018
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    水处理技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨晨;蒋步青;胡佳俊;李继香
  • 通讯作者:
    李继香
基于时间推进的涡扇发动机整机通流数值模拟
  • DOI:
    10.13675/j.cnki.tjjs.190144
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    推进技术
  • 影响因子:
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  • 作者:
    杨晨;吴虎;杨金广;王大磊
  • 通讯作者:
    王大磊
咽部球囊压力反馈训练治疗脑干病变后吞咽障碍咽缩肌无力的疗效观察
  • DOI:
    10.3760/cma.j.issn.0254-1424.2021.12.012
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    中华物理医学与康复杂志
  • 影响因子:
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  • 作者:
    史静;武惠香;万桂芳;林依秋;贺子桐;温红梅;陈华玉;杨晨;卫小梅
  • 通讯作者:
    卫小梅
西藏搭格架高温热泉中钨的水文地球化学异常
  • DOI:
    10.3799/dqkx.2020.287
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    地球科学
  • 影响因子:
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  • 作者:
    郭清海;杨晨
  • 通讯作者:
    杨晨
哺乳动物谷胱甘肽转移酶研究进展
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1001-4616.2021.01.013
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    南京师大学报. 自然科学版
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨晨;耿月攀;田然
  • 通讯作者:
    田然

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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