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北京納米能源所蒲雄/北大口腔醫(yī)院李崢 AFM:兩性離子水凝膠通過調(diào)節(jié)代謝反應(yīng)促進骨再生
2023-12-07  來源:高分子科技


  由創(chuàng)傷、腫瘤、勞損、骨關(guān)節(jié)炎等因素導(dǎo)致的骨缺損病變在生活中日益普遍,在眾多治療手段中,例如骨移植、膜誘導(dǎo)再生、基因治療和骨組織工程等等,骨組織再生工程由于手術(shù)難度較小和修復(fù)效果顯著而受到研究者們的廣泛關(guān)注。骨組織工程的關(guān)鍵在于調(diào)控干細胞的定向分化,從而促進骨再生,但是如何開發(fā)理想的骨組織再生材料,仍面臨著巨大的挑戰(zhàn)。


機理圖1 可植入兩性離子水凝膠促進骨再生


  近期,中科院北京納米能源所蒲雄研究員團隊聯(lián)合北大口腔醫(yī)院李崢博士,合成了以甲基丙烯酸化磺基甜菜堿(DMAPS)和丙烯酰化明膠(GelMA)為基體的可植入聚兩性離子水凝膠支架,該聚兩性離子水凝膠的力學(xué)性能顯著增強,適用于骨組織缺損的修復(fù)應(yīng)用(機理圖1。同時,以聚陰離子纖維(PAC)和聚二甲基二烯氯化銨(PDAC)為對照,分別觀察三種不同電荷性質(zhì)水凝膠支架對大鼠股骨缺損的修復(fù)作用(圖1。該工作證明了兩性離子水凝膠可以通過驅(qū)動異質(zhì)性來調(diào)節(jié)與纖連蛋白(FnIII7)的結(jié)合和代謝反應(yīng)。同時,細胞-基質(zhì)相互作用、骨髓間充質(zhì)干細胞(BMSCs)募集和成骨分化顯著增強,炎癥受到抑制,最終導(dǎo)致成骨發(fā)生顯著改變(圖2、3)。這項研究確定了兩性離子水凝膠在骨組織修復(fù)和未來的臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用中的重要作用。相關(guān)研究工作以題為“Metabolic Response Modulations by Zwitterionic Hydrogels for Achieving Promoted Bone Regeneration”發(fā)表在國際頂級學(xué)術(shù)期刊Advanced Functional MaterialsIF=19.0)上。文章第一者是博士研究李隆偉,通訊作者為蒲雄研究員李崢博士。該研究得到國家自然科學(xué)基金和口腔疾病國家重點實驗室開放課題的支持。 


1 不同電荷屬性水凝膠的骨修復(fù)效果


 圖2 不同電荷屬性水凝膠的骨修復(fù)病理分析


 圖3 兩性離子水凝膠誘導(dǎo)成骨的代謝物表達譜


  該工作是團隊近期關(guān)于兩性離子聚合物材料應(yīng)用與組織修復(fù)相關(guān)研究的最新進展之一。兩性離子聚合物材料由于其特殊的電荷性質(zhì)和官能團結(jié)構(gòu)的可設(shè)計性,在生物醫(yī)藥、柔性電子和能量存儲轉(zhuǎn)化等眾多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。然而,不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)尚噪x子聚合物的材料性能要求不盡相同,并且化學(xué)結(jié)構(gòu)與材料性能的關(guān)系仍不夠明確,因此,針對特定應(yīng)用場景設(shè)計功能化的兩性離子聚合物顯得尤為重要;谝陨咸魬(zhàn),蒲雄課題組過去兩年中開發(fā)了用于鋅/聚苯胺雙離子電池的兩性離子凝膠電解質(zhì)(J. Mater. Chem. A20219, 24325)和用于柔性電子領(lǐng)域的聚兩性離子彈性體(J. Mater. Chem. A202210, 24581)。李崢博士團隊近年來聚焦于能量代謝調(diào)控骨再生的研究,系統(tǒng)解析了糖代謝關(guān)鍵酶在二維和三維調(diào)控成骨分化的關(guān)鍵信號通路(Stem Cells201937(12): 1542-1555;Bioactive Materials2022, 18:492-506;International Journal of Oral Science202214:54)。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1002/adfm.202309594

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