生物响应性降解材料及其对骨组织再生的调控研究

生物材料在体内的降解速率难以与组织再生速率相匹配是材料学和临床医学都十分关注的关键问题。本项目以材料对创伤修复过程中细胞行为的响应为出发点，设计制备含有二硫键结构、并携载生长因子的组织再生材料，借助体内的酶促反应和氧化还原反应作为触发材料发生降解的开关。一方面通过材料本身的特性和携载的生长因子来促进、诱导细胞的生长，同时，材料降解和生长因子的释放又受到缺损处细胞所分泌的酶的调控，从而实现材料的降解与组织再生速度相协调，突破生物材料目前普遍存在的降解与再生不统一的瓶颈。本项目将在构建生物响应性降解材料的基础上，深入研究材料的组成、结构参数对其生物响应特性的构效关系，明确材料/生长因子/细胞的协同作用规律，提出利用材料-细胞相互作用来调控降解的学术新思想，并通过在动物体内进行实验验证，为从材料学的角度调控组织生长寻找一个新的突破口，同时也为新型组织再生生物材料的仿生设计提供实验依据和理论借鉴。

组织修复材料的降解速率难以与体内组织的再生速率相匹配是生物材料面临的瓶颈问题。本项目从生物响应角度出发，设计制备具有氧化还原响应性的含二硫键聚乙二醇基水凝胶体系，系统研究这一体系的理化性能、生物相容性和降解性能。研究表明，引入二硫键的PEG水凝胶不仅可在温和的氧化条件下体内原位形成凝胶，而且可对细胞所分泌的还原性介质或炎症产生的局部氧化性介质产生响应并导致降解，并且降解速度可由细胞分泌介质的种类或浓度调控。在此基础上，本项目将其负载rhBMP-2后用于兔临界节段骨缺损修复取得成功，不仅修复速度快，而且修复效果良好，接近自体骨水平，同时还具有促进血管化的作用。本项目研究表明，含二硫键的PEG基水凝胶具有对体内氧化还原微环境响应的特性，是一种很有潜力的组织修复材料。同时，引入二硫键的策略也为设计新型可降解材料提供思路借鉴。