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蛋壳能做新型仿生骨修复材料!范先群团队联合泉州学者为骨缺损修复提供新思路
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来源:上观新闻 作者:黄杨子 许玮 2020-07-09 13:27
摘要:作为一种主体成分为碳酸钙的天然材料,蛋壳中富含的镁、磷、硅、锶、钠等微量元素在促进血管生成和成骨方面也发挥着重要作用,而其在骨再生领域中的应用研究甚少开展。

日前,上海交通大学医学院附属第九人民医院眼科范先群教授课题组与泉州师范学院杨大鹏教授课题组合作,开发了一种蛋壳来源的新型骨修复纳米材料,该材料具有环保、仿生、骨诱导的特性,为骨组织工程支架材料的开发提供思路。近日,国际知名学术期刊《化学工程》(Chemical Engineering Journal)在线发表了这一研究成果。

范先群介绍,创伤、肿瘤切除和先天性疾病等引起的骨缺损可导致骨骼畸形和功能障碍,严重影响患者的日常生活。“近年来,组织工程学的飞速发展为骨缺损修复研究领域注入了活力,科学家在通过模仿骨骼的天然无机成分来合成仿生无机材料方面进行了大量努力,并为提高支架材料的骨诱导性做过多种尝试,但仍存在合成过程复杂、结构差异巨大等诸多问题亟待解决。”

能不能找到更契合人体的材料?团队成员想到:在人们的日常生活中,每天都有大量的蛋壳垃圾产生,蛋壳广泛的可及性、优越的生物物理特性赋予其在催化、能源和医药领域的重要价值。

据介绍,作为一种主体成分为碳酸钙的天然材料,蛋壳中富含的镁、磷、硅、锶、钠等微量元素在促进血管生成和成骨方面也发挥着重要作用,而其在骨再生领域中的应用研究甚少开展。基于此,范先群带领眼眶骨修复研究团队和杨大鹏带领纳米材料研发团队提出,蛋壳颗粒或可作为一种生物填料,将其改性后掺入羧甲基壳聚糖(CMC)交联制备仿生型的骨修复材料。

该团队在充分考虑了镁在成骨中的重要作用及其应用弊端后,决定选择氧化镁纳米材料作为提高本复合材料的突破口。团队采用简单的浸渍和煅烧法合成了氧化镁纳米粒子改性的蛋壳微晶体(碳酸钙/氧化镁,CaCO3/MgO),并通过化学交联将CaCO3/MgO和BMP2复合到CMC基体中制备了仿生支架;随后测定了复合支架的生物相容性和矿化能力,并从分子水平、细胞水平和动物水平对复合支架的骨诱导性进行了系统评价和机制分析。

研究结果表明,新型复合CaCO3/MgO/CMC/BMP2支架的杨氏模量和抗压强度均高于CMC支架;细胞实验证实,该支架具有显著的矿化能力和骨向分化诱导性。在此基础上,大鼠颅骨骨缺损修复实验表明,新型复合支架具有良好的骨缺损修复效果。对该材料促成骨分化机制的分析也表明,复合支架释放的Mg2+离子和BMP2可以激活ERK1/2和Akt途径的磷酸化,从而实现多途径协同促进成骨。本项研究旨在开发一种具有生物活性的仿生支架,从而为骨缺损修复治疗提供新的思路。

论文第一作者为黄雅琢和季雍容博士,通讯作者为杨大鹏、阮静及范先群教授。

栏目主编:顾泳 文字编辑:黄杨子 题图来源:九院提供
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