新型镁锂钙合金在颅颌面骨再生中的应用及其促成骨机制的探索

Recently, the studies on degradable magnesium alloy have become hot topics in the field of biodegradable materials. It has been reported that magnesium alloy could be used as cardiovascular stent and internal fixation plate for bone fracture. However, till now, there have been few reports on the applications of magnesium alloy in the cranio-maxillofacial field. The translational application of magnesium alloy needs to be explored and the mechanism of its osteoinductive effect needs to be further studied. In the present study, a novel magnesium alloy containing magnesium, lithium and calcium (Mg-Li-Ca) is to be developed and investigated systematically by in vitro and in vivo experiments to reveal its physical and chemical properties, biosafety, capacity of promoting the osteogenic differentiation of stem cells and the underlying mechanism. Meanwhile, to solve the difficult problem of restoration of cranio-maxillofacial bone defect, two application forms of Mg-Li-Ca alloy have been developed: Mg-Li-Ca bone nail and 3D printing scaffolds composed of polylactic acid (PLA)/ Mg-Li-Ca. The bone regeneration capacities of the two application forms will be investigated in multiple bone defects of animal models. This study will facilitate the translational application of Mg-Li-Ca alloy in cranio-maxillofacial field, reveal the mechanism of its osteoinductive effect and benefit the patients suffering from cranio-maxillofacial bone defect.

镁及镁合金作为新型医用可降解材料，是近年来生物材料领域的研究热点之一。目前已有镁合金用于心血管支架和骨折内固定板的临床研究，然而，镁合金在颅颌面骨再生中的应用还鲜有报道，尚需寻找合适的应用模型作为其临床转化的突破口，其促成骨机制也需更深入的研究。本项目从课题组与合作者共同开发的最新型镁锂钙合金入手，拟通过系统的体内外实验，研究其理化性能、生物安全性和促进干细胞成骨向分化的能力及机制。同时，针对颅颌面骨骼形态结构复杂、骨缺损修复困难这一临床难题，课题组最新开发了两种镁锂钙合金的应用形式，即镁锂钙合金骨钉和聚乳酸/镁锂钙合金三维打印支架材料，并拟通过多种颅颌面骨缺损动物模型来研究二者促进骨再生的能力及机制。如果本项目能顺利开展，将为新型镁锂钙合金在颅颌面骨再生领域的转化应用找到突破口，并初步阐明其促成骨的机制，为推进其更广泛的临床应用奠定基础，造福广大颅颌面骨缺损患者。

口腔颌面部骨损伤直接影响患者的咀嚼、发音和面部外观等，不仅严重损害患者的身心健康，也给社会带来巨大的经济负担，一直是口腔颌面部领域的重点和难点。近年来，可降解金属因其良好的生物相容性、可降解性、力学性能与骨组织相近，逐渐成为生物医用材料领域的研究热点。镁及镁合金作为新型医用可降解材料，是近年来生物材料领域的研究热点之一。目前已有镁合金用于心血管支架和骨折内固定板的临床研究，然而，镁合金在颅颌面骨再生中的应用还鲜有报道，尚需寻找合适的应用模型作为其临床转化的突破口，其促成骨机制也需更深入的研究。本项目从课题组与合作者共同开发了新型镁锂钙合金入手，通过系统的体内外实验研究，发现向纯镁中添加Li和Ca元素可以改变镁合金的显微组织结构，提高镁合金的力学强度并改善其降解性能。在多种镁锂钙合金中，Mg-3.5Li-0.5Ca合金不仅具有较好的力学性能、降解性能与体外生物安全性，且具有良好的体内促成骨能力，Mg-3.5Li-0.5Ca合金的促成骨作用是通过激活Wnt/β-catenin信号通路发挥作用的。同时，针对颅颌面骨骼形态结构复杂、骨缺损修复困难这一临床难题，课题组开发了两种镁锂钙合金的应用形式，即镁锂钙合金骨钉和聚乳酸/镁锂钙合金三维打印支架材料，并通过多种颅颌面骨缺损动物模型来研究二者促进骨再生的能力及机制，为新型镁锂钙合金在颅颌面骨再生领域的转化应用找到突破口，并初步阐明了其促成骨的机制，为推进其更广泛的临床应用奠定基础，造福广大颅颌面骨缺损患者。在本项目的资助下，课题负责人以第一作者和通讯作者身份发表SCI论文8篇，且均标注了受本项目资助；申请专利2项，目前已授权；培养研究生9人，其中3人已毕业；参加国内、国际会议2次；获2020年中华口腔医学会科技奖一等奖。通过项目的实施，推进了课题组研究的进展，取得了丰硕的研究成果，为国内外相关领域的研究提供了重要参考，培养了研究团队，比较圆满的完成了各项相关任务。