骨修复材料微孔隙性对特定成骨关联蛋白竞争吸附影响的研究

The proteins adsorbed by the materials implanted in the body plays a very important role in the ultimate efficiency of the implanted materials. The microporosity of biomaterials directly affects the protein adsorption. This proposal is intended to study the rule how the microporosity of bone repair materials affects competitive adsorption of specific osteogenic associated proteins. A systematic study of this issue has not been seen so far. Therefore, the applicant will use collagen-based polymer composites, nano-hydroxyapatite/ polymer composites, calcium phosphate ceramics and carbon nanotube composites and six kinds of common osteogenic associated proteins as research objects to study systematicly how the same kind of biomaterial with different microporosity and the different kinds of biomaterials with the same microporosity affect the adsorption of the osteogenic associated proteins in vitro and in vivo in order to 1) illustrate the rule how the microporosity of materials which includes porosity, pore size, pore distribution and so on affects the adsorption of single osteogenic associated protein, 2) reveal the rule how the microporosity of bone repair materials affects the competitive adsorption of varieties of osteogenic associated proteins, and 3) optimize the microporosity of the bone repair materials, the criterion of which is to test the osteogenic activity of the material with the proteins adsorbed by cell culture in vitro and animal experiments in vivo. The successful implementation of this research not only has an important theoretical significance, but also can hopefully develop new materials with excellent osteogenic activity.

生物材料植入体内后所吸附的蛋白对于植入的最终效果起重要的作用；材料的微孔隙性会直接影响蛋白吸附。本项目拟研究的科学问题是: 骨修复材料的微孔隙性对特定成骨关联蛋白竞争吸附的影响有什么样的规律？目前尚未见对这一问题的系统研究。为此，申请人将以胶原基高分子复合材料、纳米羟基磷灰石高分子复合材料、磷酸钙陶瓷、碳纳米管复合材料以及六种常见的成骨关联蛋白为研究对象，体内、外环境下系统研究相同材料不同微孔隙性、不同材料相同微孔隙性对成骨关联蛋白吸附的影响，从而1）阐明材料的微孔隙性（包括孔隙率、孔隙大小以及孔隙分布等）对单一成骨关联蛋白吸附的影响规律；2）揭示骨修复材料的微孔隙性与多种成骨关联蛋白竞争吸附的关系规律；3）优化骨修复材料的微孔隙性，其优化判据是：通过体外细胞培养和体内动物实验的方法来检验吸附了蛋白的材料的成骨活性。本研究的成功实施不但具有重要的理论意义，而且有望研发成骨活性优良的新材料。

骨修复材料的微孔隙性，包括孔隙率、孔隙大小以及孔隙分布等，对其功能的实现具有非常重要的影响。该影响的一个主要途径是通过吸附蛋白而实现的。本项目以四种典型的骨修复材料为研究对象，通过研究和控制材料的制备技术，成功制备得到了具有相同微孔隙性、不同成分以及相同成分、不同微孔隙性的一系列材料。之后系统研究了六种常见的成骨关联蛋白与这些材料的相互作用，通过表征材料微结构以及定性和定量分析其所吸附的蛋白，体内、外环境下系统研究相同微孔隙性、不同成分的材料以及相同成分、不同微孔隙性的材料对该六种成骨关联蛋白吸附的影响，阐明了骨修复材料的微孔隙性对单一成骨关联蛋白吸附的影响规律，揭示了骨修复材料的微孔隙性与多种成骨关联蛋白竞争吸附的关系规律。通过系统分析实验结果，建立了具有特定微孔隙性的材料对特定成骨关联蛋白选择性吸附模型，揭示了影响特定成骨关联蛋白竞争吸附的特定材料微孔隙性，为优化骨修复材料的微结构以提高对特定成骨关联蛋白的吸附能力，进而研发出具有优良成骨活性的、特定临床需要的新一代个性化骨修复材料具有重要指导意义。.项目组成员积极参与国内外学术合作交流。参加国内学术会议25人次；国际学术会议10人次。邀请国外专家来华开展与本项目相关的合作交流两人次，累计9周；项目负责人到三个欧洲国家开展与本项目相关的合作交流10天。在本项目的资助下，出版了中文和英文专著各1部；发表或者接受了论文17篇，其中SCI论文13篇；获授权国家发明专利2项。培养了博士后1名、博士研究生4名、硕士研究生7名；项目负责人晋升了正高级职称。