锶硼玻璃结构与形成层状HA的关联及其诱导骨再生过程

基本信息
批准号:51372170
项目类别:面上项目
资助金额:78.00
负责人:黄文旵
学科分类:
依托单位:同济大学
批准年份:2013
结题年份:2017
起止时间:2014-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:Mohamed N Rahaman,潘浩波,周萘,吕敏敏,刘文龙,顾刈非,崔旭,李乐
关键词:
骨再生层状羟基磷灰石生物矿化硼酸盐玻璃
结项摘要

The strontium-contained borate glass scaffolds with the porosity of 60 % and the compressive strength of 30 M Pa were fabricated in our early work, which could repair the big volume of segmental defects in the tibia bone of rabbits. These scaffolds showed an excellent performance in this animal experiment. But the mechanism for the glass transformation into bone tissue is still unknown. In this project, the relationship between the glass structure and its biological properties will be explored through the four steps: 1) The regulation for the formation of multi-layered HA deposited from the borate glass will be characterized during the bio-mineralization process by testing the glass network structure, which is composed of 3-fold coordination of boron group unit; 2) The effect of pH value of the interface of the glass and HA at the micro-environment on the differentiation and proliferation of osteoblasts will be monitored in-real time by measuring the cells attached on the HA surface using micro-electrodes; 3) The forming process of the composite of multi-layer HA and multi-layer collagen secreted from these cells will be observed in real time by an active cell monitored electric dynamical microscope; 4) The gene expression level during cell differentiation, and the stimulation of B and Sr to bone tissue regeneration will be analyzed by gene group technology, quantitative polymerase chain reaction (PCR) and immunofluorescence staining chemistry. From the above study on the mechanism for transformation of the glass into bone tissue, not only the bone tissue regeneration process stimulated by B and Sr will be revealed molecular-biologically, but also the third-generation biomaterial products with self-intellectual property rights will be developed, based on these theoretical and practical achievements of the design and research on bioactive borate glass.

项目组前期制备了孔隙率为60%,抗压强度达30兆帕的含锶硼酸盐玻璃支架,在修复大面积节段性骨缺损的动物实验中,取得了良好的效果。但是对锶硼玻璃能转化为骨组织的机理不甚明嘹。为探索玻璃结构与其生物性能的关联:1)表征硼酸盐玻璃网络结构中三配位硼基团单元在生物矿化时形成层状羟基磷灰石(HA)规律;2)采用微pH计检测在粘附HA表面上的成骨细胞酸碱性,研究固体表面微环境的pH值对成骨细胞分化增殖的影响;3)采用实时活细胞电动显微镜,观察成骨细胞粘附HA表面后,形成层叠HA与层叠细胞复合的过程;4)采用基因组技术,定量PCR、免疫荧光染色,分析锶、硼在成骨细胞分化时基因表达水平变化,分析锶、硼在骨再生过程的刺激作用。通过对玻璃转化为骨组织的机理研究,不仅揭示含锶硼酸盐玻璃诱导骨再生的分子机制,而且为设计、开发新型的硼酸盐玻璃产品提供理论和实践依据,为研制具有自主知识产权的第三代骨修复产品指明方向。

项目摘要

大面积节段性骨缺损发生后很难实现有效的修复,是骨科临床亟需解决的关键技术之一。基于生物学和工程学原理和方法形成的组织工程学为解决类似的问题提供了科学依据和技术支撑,然而现有的一些骨组织工程支架材料不能完全满足临床需要。这是因为作为组织工程的支架材料,除应该具备良好的可降解性和相容性之外,还应该具有促进生物组织(包括骨髓间充质干细胞诱导成骨分化,成骨细胞增殖、粘附等)快速生长的特性。能够随着植入体内的逐步降解,形成新的与自身功能和形态相适应的组织或器官,从而达到再生或修复病损、缺损组织或器官的目的。相关的研究是当前生物医用材料工程领域的研究热点和难点之一。.本项目的前期研究表明,含锶硼酸盐玻璃不但具有良好的生物活性、相容性和生物降解性,而且还有良好的促成骨作用。若将其制备成具有一定形状和三维连通结构的多孔细胞支架,还具有良好的力学性能和理想的孔结构,在修复大面积节段性骨缺损的动物实验取得了良好的效果。但是对锶或其它无机离子对硼玻璃能够转化为骨组织的机理及作用不够明瞭,对其生物矿化为层状羟基磷灰石的规律、原理和有关材料表面状态、微环境的pH值等对成骨细胞分化增殖的影响也不够清晰。.本项目通过材料性能表征、细胞及动物实验、基因组技术等手段,探索了锶硼玻璃结构与形成层状HA的关联及其诱导骨再生过程机理。具体解释了1)硼酸盐玻璃在生物矿化时形成层状HA的材料化学问题及微环境问题。揭示了硼酸盐玻璃的组成、形成层状HA及固体表面与细胞应答反应和最终形成骨板组织等一系列理化性能和生化现象的内在联系。2)分析和理清了锶离子、铜离子等在促成骨细胞增殖和促血管形成方面的机理及基因表达水平变化等生物学上的科学问题。更为重要的是本项目的完成为硼酸盐玻璃在生物医学工程领域中的应用提供新思路,为新一代骨组织工程支架材料的开发提供了理论基础和实践依据,也为研制具有自主知识产权的新型骨组织工程材料提供了思路和方向。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
2

七羟基异黄酮通过 Id1 影响结直肠癌细胞增殖

七羟基异黄酮通过 Id1 影响结直肠癌细胞增殖

DOI:
发表时间:
3

宁南山区植被恢复模式对土壤主要酶活性、微生物多样性及土壤养分的影响

宁南山区植被恢复模式对土壤主要酶活性、微生物多样性及土壤养分的影响

DOI:10.7606/j.issn.1000-7601.2022.03.25
发表时间:2022
4

疏勒河源高寒草甸土壤微生物生物量碳氮变化特征

疏勒河源高寒草甸土壤微生物生物量碳氮变化特征

DOI:10.5846/stxb201912262800
发表时间:2020
5

面向云工作流安全的任务调度方法

面向云工作流安全的任务调度方法

DOI:10.7544/issn1000-1239.2018.20170425
发表时间:2018

相似国自然基金

1

兼具骨诱导与促血管化的锶/丝素蛋白可注射多孔微球用于骨再生

批准号:81701844
批准年份:2017
负责人:方建军
学科分类:H2810
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
2

有机锶修饰脱细胞骨基质促进骨再生的作用与机制研究

批准号:31570970
批准年份:2015
负责人:李朝阳
学科分类:C1002
资助金额:61.00
项目类别:面上项目
3

HnRNP L在锶诱导成骨过程中的作用机制研究

批准号:81570954
批准年份:2015
负责人:张玉峰
学科分类:H1502
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
4

层状钛酸锶和钴酸锶铋族热电晶体的生长、微结构与性质研究

批准号:51002074
批准年份:2010
负责人:姚淑华
学科分类:E0201
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目