石墨烯多孔支架附载生长因子重建兔下颌骨缺损及其机制研究

Jaw defect seriously affects the appearance and physiological function of human being. It is urgent to find a suitable biological scaffold to repair the defect. We known that graphene has excellent mechanical properties, superhigh surface area and adsorption capacity. Our published article has verified for the first time that graphene has osteoindcutivity and biodegradability, indicating its great potential for bone regeneration. But the bone regeneration function and specific osteogenic mechanisms of graphene are not clear. This topic will be researched deeply to understand how graphene enhaces bone regeneration by three studies: 1) to establish graphene porous scaffold and evaluate its physicochemical properties and osteogenic ability; 2) to study adsorption and sustained release of osteogenic growth factors of graphene; 3) to study whether graphene can adsorb and concentrate endogenous osteogenic growth factors to promote bone repair by comparing with the bone regeneration abilityof graphene porous scaffold carring exogenous osteogenic growth factors. This project will provide theoretical basis for further clinical studies on the reconstruction of bone defect by using graphene nano-material as an active endogenous osteogenic growth factors carrier, and offer a new generation safe and effective biological scaffold for jaw regeneration.

颌骨缺损严重影响美观和生理功能，制备适合的支架材料构建组织工程骨进行修复是当前紧迫的需求。石墨烯具有卓越的机械性能、超高的比表面积和吸附能力，我们已发表的研究还首次证明其骨诱导性和降解性，揭示了石墨烯巨大的骨再生潜力。但是石墨烯用于骨缺损修复重建的作用及具体成骨机制尚不清楚。本课题将通过三项研究从体内外深入了解石墨烯能否成为有效地附载和缓释成骨生长因子的组织工程支架材料来促进骨再生：1）构建石墨烯多孔支架并评价其理化特性及促进成骨能力；2）研究石墨烯体外吸附和缓释成骨生长因子的能力及促进成骨的作用；3）通过与附载外源性成骨生长因子的石墨烯多孔支架对比，研究石墨烯是否也能吸附并浓集内源性成骨生长因子来修复重建兔下颌骨缺损。本课题将为进一步开发石墨烯纳米材料成为活性的内源性成骨生长因子载体用于重建骨缺损的临床研究提供理论基础，从而为颌骨缺损修复提供新一代安全而有效的生物支架材料。

颌骨缺损严重影响美观和生理功能，构建适合的骨组织工程支架材料进行修复是当前紧迫的需求。石墨烯具有卓越的机械性能、超高的比表面积和吸附能力，我们已发表的研究还首次证明其骨诱导性和降解性，揭示了石墨烯巨大的骨再生潜力。但是石墨烯用于骨缺损修复重建的作用及具体成骨机制尚不清楚。本课题从体内外深入了解石墨烯能否有效地附载和缓释成骨生长因子来促进骨再生:1)构建石墨烯多孔支架并评价其理化特性及促进成骨能力;2)研究石墨烯体外吸附和缓释成骨生长因子的能力及促进成骨的作用;3)通过动物骨缺损模型中进一步研究石墨烯修复重建颌骨缺损的作用及其机制。本课题成功获得了石墨烯多孔支架，证实其吸附和缓释生长因子的能力，并使用该支架成功修复兔下颌骨缺损，证实了石墨烯多孔支架在再生骨缺损中具有很大潜力；课题还进一步证实了石墨烯多孔材料的成骨诱导性能和成骨引导性能，这些特性，结合石墨烯多孔材料良好的生物相容性、兼具弹性和强度的力学性能、吸附营养物质、过滤排泄废物和沉积羟基磷灰石的特性，石墨烯多孔薄膜能够显著促进大鼠颅骨缺损的早期成骨的矿化和加速板层骨的再生和成熟，揭示石墨烯多孔材料能作为生物屏障膜引导骨再生，促进骨缺损的修复。在课题中，我们展示了石墨烯多孔支架材料，不仅具有高孔隙率，还具有很好的机械强度和弹性，其独特的选择渗透性和高生物活性（体外研究显示利于蛋白质吸附、细胞粘附和磷灰石沉积作用）有助于吸附和缓释成骨生长因子。在兔下颌骨缺损和大鼠颅骨缺损模型中，都能很好地再生骨缺损。该课题从材料结构入手，探讨骨再生的具体应用的同时，探讨材料的成骨机制，为石墨烯的独特性能及其成骨之间建立必然联系和因果关系，为之后石墨烯材料在再生医学中的应用提供了理论基础，也为口腔颌面部骨缺损的修复提供了一种新的候选材料。