基因介导型骨修复材料及支架的制备与结构性能研究

分别采用模板合成技术和静电纺丝技术制备CaO-P2O5-SiO2三元系统介孔生物玻璃纳米微球和纤维，并以其作为新型骨修复材料及组织工程支架的无机基相，用于提高材料的力学强度及生物活性。采用质粒作为成骨细胞调节因子骨活素的基因载体，利用基因转染技术制备包埋有质粒DNA的壳聚糖纳米微球，作为骨修复材料中的添加相，用以改善材料的细胞学特性。结合三维打印技术制备基因介导型骨修复材料及组织工程支架。研究介孔生物玻璃基相微纳米材料的微细结构、介孔大小及形貌、分布取向以及质粒微球的粒径尺寸、工艺条件等因素对材料力学性能、生物活性、降解速率、离子释放动力学以及基因调控特性的影响规律及机理。并研究DNA质粒纳米添加相介导骨祖细胞粘附、增殖、分化的影响以及促进细胞外基质矿化等骨再生行为的作用机理。通过上述研究为基因介导型骨修复材料及支架的设计与制备提供新的思路和理论依据。

根据目前骨组织修复及组织工程支架材料研究中存在的问题，本课题组提出“具有基因介导型骨修复材料及支架的制备与结构性能研究”这一课题，在前期研究基础上，以具有良好骨修复特性的生物活性玻璃为基础，利用先进的生物医学材料微纳米制备技术，结合基因转染、生物组装及表面修饰等技术，深入研究微纳米生物活性玻璃微球和纳米纤维的多级结构、性能及其控制工艺、质粒纳米微球制备工艺；研究材料的组成和微纳米结构与细胞的粘附增殖、分化、细胞外基质矿化等骨组织生物学行为的关系，为基因介导型骨修复材料及支架的设计与制备提供新的思路和理论依据。.在项目实施过程中，本课题组在合理使用经费的情况下较好的完成了预期目标：（1）在溶胶-凝胶工艺的基础上，运用微乳液技术及静电纺丝技术，合成制备出介孔生物玻璃微纳米微球及纤维，实现对微球及纤维材料组分、尺寸、介孔结构的可控；（2）运用各种材料分析测试技术对本课题制备的新型微纳米生物玻璃微球及纤维进行结构及性能表征，研究材料组成-结构-性能间的依从关系，揭示材料组成、结构及工艺条件对材料的降解特性、离子释放规律、体外生物活性等影响机理；（3）采用基因克隆技术成功构建骨活素基因质粒；（4）成功构建了骨活素基因质粒转染载体，实现对质粒的成功负载，通过体外细胞实验，对基因介导型复合骨修复体细胞学性能进行研究，揭示了材料用量对基因装载效率、细胞相容性、基因转染效率及基因表达间的依赖关系。（4）成功构建了骨活素基因质粒转染载体，实现对质粒的成功负载，通过体外细胞实验，对基因介导型复合骨修复体细胞学性能进行研究，揭示了材料用量对基因装载效率、细胞相容性、基因转染效率及基因表达间的依赖关系。.通过本课题资助，截止到2013年12月31日发表科研论文及会议论文21 篇(SCI收录13篇,EI收录 6 篇) ，申请国家发明专利 5 项。获得国家科技发明奖1项，教育部自然科学奖1项。培养博士后2人，博士研究生6人、硕士研究生6人。本项目已经按照任务书要求全面完成预定研究目标。.