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  鎂是人體內含量第四多的金屬元素，其中一半都存在于骨組織中，在天然骨中，鎂陽離子可以進入羥基磷灰石（HA）晶格中直接影響骨密度和骨力學性能。近年來，研究人員對于鎂離子的生物學作用進行了深入研究發(fā)現(xiàn)，一定濃度的鎂離子可以促進骨髓間充質干細胞（BMSCs）的增殖和成骨分化。但是，過高濃度的鎂離子也會帶來明顯的細胞毒性和生理毒性。因此，將鎂整合入骨組織工程支架材料中，并且精確調控鎂離子的釋放行為，在促進骨再生的同時保證其生物安全性，對于鎂在骨組織工程中的應用，具有指導意義。

  北京化工大學蔡晴、楊小平教授團隊針對這一問題，以聚（乳酸-羥基乙酸）（PLGA）、 氧化鎂（MgO）和碳酸鎂（MgCO₃）為原料，采用乳液法制備了一系列PLGA\MgO\ MgCO₃（PMg）復合微球，實現(xiàn)了Mg²⁺的可控釋放。

圖一：PMg微球的鎂離子釋放行為和局部pH值變化

  由于MgO和MgCO₃的溶出速率不同，PMg微球可以通過調節(jié)MgO/MgCO₃比值 (1:0; 3:1; 1:1; 1:3; 0:1)來控制Mg²⁺的釋放。其中，MgO含量越高，Mg2+初始濃度越高且釋放速度越快; MgCO₃含量越高，Mg²⁺濃度越低，釋放速度越慢。當MgO/MgCO₃=1:1時，可以得到初期無明顯爆發(fā)釋放，中后期呈近似線性釋放的PMg-III。

圖二：PMg-III微球修復大鼠顱骨臨界缺損HE染色

  體外實驗結果顯示PMg微球均無細胞毒性且經過精確調控鎂離子釋放行為的PMg-III顯著促進了骨髓間充質干細胞的遷移、貼附、增殖和成骨分化。使用PMg-III修復8 mm大鼠顱骨臨界缺損發(fā)現(xiàn)，相比于空白和對照組，PMg-III可以顯著降低體內炎癥反應，在缺損處有更多的新生骨組織和新生血管出現(xiàn)，新生骨體積和骨密度也明顯高于對照組。

  該工作以Injectable PLGA microspheres with tunable magnesium ions release for promoting bone regeneration為題發(fā)表在生物材料一區(qū)TOP雜志《Acta Biomaterialia》（IF：6.383）上。論文的第一作者為北京化工大學2016級碩士生袁作楹，通訊作者為蔡晴教授，共同通訊作者為楊小平教授。同時本研究得到了北京積水潭醫(yī)院，天津醫(yī)科大學口腔醫(yī)學院的支持及國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學面上基金等項目的資助。

  蔡晴、楊小平教授課題組長期開展組織再生相關研究，近年來在聚膦腈生物材料(J Mater Chem B, 2017, 5: 9300-9311; Macromolecules, 2016, 49, 8508-8519）、骨再生（Biomater. Sci., 2019, 7, 272-286; J Mater Chem B, 2018, 6, 7471-7485; Biofabrication 2017, 9: 025036）、神經再生（Chem Eng J, 2018, 345: 566-577; ACS Chem. Neurosci., 10.1021/acschemneuro.8b00286）等方向取得一系列研究成果。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.actbio.2018.12.017