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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 Materials（IF=19.0）上。文章第一作者是博士研究生李隆偉，通訊作者為蒲雄研究員和李崢博士。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。 


圖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. A, 2021, 9, 24325）和用于柔性電子領(lǐng)域的聚兩性離子彈性體（J. Mater. Chem. A, 2022, 10, 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 Cells, 2019, 37(12): 1542-1555;Bioactive Materials, 2022, 18:492-506；International Journal of Oral Science, 2022, 14:54）。


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

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