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武漢理工戴紅蓮、涂溶/華山醫(yī)院陳天午 AFM:韌帶修復(fù)者的福音 - 一種人工韌帶制備的新方法
2024-10-14  來源:高分子科技

  前交叉韌帶(ACL)是人體膝關(guān)節(jié)的重要纖維結(jié)構(gòu),在穩(wěn)定身體和傳遞力量方面起著至關(guān)重要的作用。目前,體育運(yùn)動(dòng)中前交叉韌帶(ACL)損傷的發(fā)生率不斷上升,由于前交叉韌帶供血有限,缺乏近端血管,損傷后自愈能力較差,嚴(yán)重影響患者的運(yùn)動(dòng)能力和生活質(zhì)量。聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)人工韌帶由于其具有與天然韌帶相匹配的力學(xué)性能被廣泛的應(yīng)用于前交叉韌帶重建術(shù)(ACLR)中。但是,PET的生物惰性阻礙移植物-宿主界面的骨整合,提高其表面生物活性并實(shí)現(xiàn)牢固的骨整合極為重要。


  近日,武漢理工大學(xué)戴紅蓮團(tuán)隊(duì)聯(lián)合武漢理工大學(xué)涂溶教授、華山醫(yī)院陳天午博士首次采用磁控濺射技術(shù)在PET人工韌帶表面沉積雙離子時(shí)序釋放涂層促進(jìn)移植物-宿主界面血管神經(jīng)化骨整合。磁控濺射技術(shù)沉積速度快,涂層均勻致密、界面結(jié)合強(qiáng)度高。早期釋放的鎂離子可促進(jìn)神經(jīng)血管再生,內(nèi)層長期釋放的鍶離子可促進(jìn)成骨細(xì)胞活性,抑制破骨細(xì)胞的形成,雙離子協(xié)同作用有效加快PET移植物-骨整合進(jìn)程。因此,以促進(jìn)骨隧道和PET人工韌帶界面神經(jīng)和血管生成實(shí)現(xiàn)移植物-骨整合的策略為臨床上重建ACL提供了新方法,為多維度調(diào)節(jié)與加快術(shù)后PET移植物-骨整合提供了新思路。
相關(guān)工作以“Magnetron Sputtering Dual-Ion Sequential Release Coating on PET Artificial Ligament Promotes Vascular Nerve Regeneration and Graft-Bone Integration”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials期刊。


圖1 Mg/Sr-PET雙離子時(shí)序釋放促進(jìn)神經(jīng)血管再生和移植物-骨整合設(shè)計(jì)策略 


圖2:Mg/Sr-PET的相關(guān)表征,經(jīng)修飾后的PET韌帶親水性得到顯著改善,表面涂層平整光滑元素分布均勻,通過超聲能量考察涂層穩(wěn)定性良好,實(shí)現(xiàn)鎂鍶兩種離子時(shí)序性釋放。


圖3 SD大鼠ACLR后Mg/Sr-PET早期促進(jìn)神經(jīng)和血管再生。建立SD大鼠ACLR模型評(píng)估體內(nèi)早期神經(jīng)和血管生成情況,CD31和β3-Tubulin免疫熒光染色結(jié)果表明,相比之下Mg/Sr-PET更能顯著促進(jìn)早期神經(jīng)和血管生成。


圖4 SD大鼠ACLR后Mg/Sr-PET促進(jìn)骨腱界面處新骨生成。建立SD大鼠ACLR模型評(píng)估移植物-骨整合情況,HE和Masson切片染色結(jié)果發(fā)現(xiàn),相比之下,12周時(shí)Mg/Sr-PET組界面處有大量新的骨組織且長入到移植物內(nèi)部,纖維組織較少,移植物與骨界面融合效果良好。


圖5 SD大鼠ACLR后Mg/Sr-PET加快移植物-骨整合進(jìn)程。影像學(xué)評(píng)估骨隧道內(nèi)新生骨情況。結(jié)果表明,相比之下,12周時(shí),Mg/Sr-PET組脛骨和股骨的骨隧道面積顯著減小,骨修復(fù)效率最高,新骨數(shù)量最多,結(jié)果表明早期神經(jīng)血管再生對(duì)后續(xù)骨組織生成有積極作用,顯著加快移植物-骨整合進(jìn)程。


  綜上所述,本研究基于早期神經(jīng)和血管再生在新骨生成中發(fā)揮的重要調(diào)控作用,利用磁控濺射技術(shù)設(shè)計(jì)了一種鎂、鍶離子時(shí)序性釋放材料修飾PET人工韌帶。經(jīng)過修飾后的PET韌帶在早期可以促進(jìn)骨腱界面處神經(jīng)發(fā)生和血管生成,隨后促進(jìn)骨組織生成,兩種時(shí)序釋放的兩種生物活性離子協(xié)同作用加快PET韌帶移植物-骨整合進(jìn)程,為臨床上ACL重建術(shù)后加快恢復(fù)進(jìn)程提供重要的新思路。


  武漢理工大學(xué)碩士研究生吳未與博士研究生夏禹豪為論文共同第一作者。武漢理工大學(xué)戴紅蓮教授、涂溶教授及華山醫(yī)院運(yùn)動(dòng)學(xué)科陳天午博士為該論文的共同通訊作者。本研究受到國家自然科學(xué)基金、深圳市基礎(chǔ)研究重點(diǎn)項(xiàng)目等項(xiàng)目資助。


  原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202410389

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