仿生骨再生植入材料的相关科学问题研究

目前临床上应用的各种骨修复材料中，自体骨的修复效果最好，被誉为"金标准"。本项目首先以自体骨移植修复骨缺损为动物实验模型，观察组织学和超微结构演变过程，分析成骨过程中的生物矿化和自组装机理，并以此为依据，指导仿生人工骨修复材料的研制。在以往的研究工作中，我们在体外模拟生物矿化过程，制备出纳米晶胶原基骨修复材料，达到纳米尺度上的仿生。本项目将进一步研究胶原与羟基磷灰石的分级自组装机理和控制因素，在更高的层次上模拟骨自组装过程，达到微米和毫米尺度的仿生。并通过接枝功能多肽，赋予骨修复材料具有自体骨的传导和诱导成骨活性，制备出具有良好生物相容性、一定力学强度、合理生物降解速度的仿生骨修复材料。

目前临床上应用的骨修复材料都存在着一定的缺陷和问题。骨修复材料研究亟待解决的关键问题就是研制具有良好生物相容性和力学强度、适当生物降解性、特别是具有骨诱导活性的仿生骨组织再生修复材料。由于各种骨修复材料中，自体骨的修复效果最好，被誉为“金标准”，因此，本项目首先以自体骨移植修复骨缺损为动物实验模型，观察组织学和超微结构演变过程，分析成骨过程中的生物矿化和自组装机理，并以此为依据，指导仿生人工骨修复材料的研制。在以往的研究工作中，我们在体外模拟生物矿化过程，制备出纳米晶胶原基骨修复材料，达到纳米尺度上的仿生。本项目进一步研究胶原与羟基磷灰石的分级自组装机理和控制因素，在更高的层次上模拟骨自组装过程。并通过接枝功能多肽，赋予骨修复材料具有自体骨的传导和诱导成骨活性，制备出具有良好生物相容性、一定力学强度、合理生物降解速度的仿生骨修复材料。主要科研成果包括三方面：（1）按照仿生思路，体外模拟胶原蛋白调控羟基磷灰石矿化的分级组装过程，揭示其形成的重要机理。在国际上首次给出了矿化胶原纤维分级组装的重要机理。同时，在分子水平上分析了化学功能团，非胶原模拟多肽对磷酸钙矿化的调控作用和机理。（2）在矿化胶原纤维的基础上，开发了复合活性多肽分子和抗生素的生物功能性人工骨材料，在成分仿生、结构仿生的基础上，实现了人工骨材料的生物活性仿生。（3）在此基础上，开发了一系列基于矿化胶原纤维的多级仿生活性骨材料，并成功实现了临床转化。