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浙江大學(xué)王征科課題組:多層次結(jié)構(gòu)、高礦物含量支架材料在骨修復(fù)中的應(yīng)用
2023-05-01  來源:高分子科技

  先天性骨畸形、慢性炎癥、嚴(yán)重創(chuàng)傷、惡性骨腫瘤切除等都可能導(dǎo)致大尺寸骨缺損。盡管自體骨移植仍是骨缺損修復(fù)的黃金標(biāo)準(zhǔn),但其供體有限,促使研究人員不斷開發(fā)合適的人工骨修復(fù)材料,如骨水泥、水凝膠、支架等。負(fù)載成骨相關(guān)細(xì)胞或細(xì)胞因子的骨再生支架在大尺寸骨缺損修復(fù)中表現(xiàn)出良好的治療潛力。然而,細(xì)胞來源有限、生長(zhǎng)因子及其濃度選擇困難、免疫排斥等因素嚴(yán)重阻礙了其在臨床上的應(yīng)用。能夠原位募集間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs),并實(shí)現(xiàn)內(nèi)源性骨再生的支架材料在實(shí)際應(yīng)用中往往更受歡迎。


  本研究采用原位礦化法制備了具有高礦物含量和向心孔排列結(jié)構(gòu)的殼聚糖-碳酸鈣骨修復(fù)支架材料,并研究了其骨修復(fù)性能(圖1)。殼聚糖凝膠化過程中的離子擴(kuò)散以及冰凍過程中的冰晶生長(zhǎng)共同造就了孔隙的向心排列(圖2)。本研究首次報(bào)道了高碳酸鈣含量的復(fù)合支架材料能夠有效募集MSCs,并誘導(dǎo)其成骨分化(圖3、圖4)。在適宜孔隙率和孔徑的基礎(chǔ)上,增加支架中碳酸鈣含量可有效促進(jìn)骨再生(圖5)。與在支架中引入生長(zhǎng)因子或細(xì)胞不同,本研究通過簡(jiǎn)單的有機(jī)-無機(jī)雜化和多層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的骨再生效果,為骨再生修復(fù)提供了一種新選擇。 


1. 多層次結(jié)構(gòu)殼聚糖-碳酸鈣復(fù)合支架及其骨修復(fù)性能 



2. 殼聚糖-碳酸鈣復(fù)合支架的向心多孔結(jié)構(gòu)
 

3. 殼聚糖-碳酸鈣復(fù)合支架體外誘導(dǎo)MSCs遷移和成骨分化
 

4. 殼聚糖-碳酸鈣復(fù)合支架動(dòng)物體內(nèi)募集MSCs
 

5. 殼聚糖-碳酸鈣復(fù)合支架的骨修復(fù)性能

  相關(guān)研究成果近日以“Chitosan-Calcium Carbonate Scaffold with High Mineral Content and Hierarchical Structure for Bone Regeneration”為題,發(fā)表于Smart Materials in MedicineDOI: 10.1016/j.smaim.2023.04.004)。浙江大學(xué)博士生劉霄洋為本文第一作者,浙江大學(xué)王征科副教授為本文通訊作者。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.smaim.2023.04.004

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