骨科楊操教授團隊在國際頂級期刊《Materials Today》上發表最新研究成果
發布時間:2020-01-21
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      利用骨科內植入物固定或重建由于創傷或病變破壞的骨骼系統在臨床上廣泛應用。 目前臨床上使用的骨科內植入物如人工假體或接骨板等普遍起力學支撐和固定作用,缺乏生物活性。隨著3D打印技術在臨床上逐步推廣應用,利用3D打印技術在骨科內植入物表面打印生物活性材料,使傳統的骨科內植入物兼具力學支撐和生物活性兩方面的功能成為可能。近日,我院骨科楊操教授團隊與天津大學吳水林教授、湖北大學劉想梅教授等團隊合作在骨科生物活性材料研究方面取得重要進展,相關成果“A novel photothermally controlled multifunctional scaffold for clinical treatment of osteosarcoma and tissue regeneration”在線發表于材料領域國際頂級期刊《Materials Today》上(2018年影響因子24.372)。

      骨肉瘤切除后的復發、大塊骨缺損及周圍軟組織損傷是臨床醫生面臨的重大挑戰。目前傳統的骨科生物活性材料雖然可以誘導手術部位骨再生,但并沒有促進止血以及軟組織修復的功能,也不能防止腫瘤細胞復發。本課題組基于前期對3D打印骨科內植入物的研究及界面活性改造的研究,設計了一種新型光熱可控的復合材料,旨在消滅殘余腫瘤的同時能夠有效的促進組織的修復,為接下來對于3D打印的骨科內植入物的界面改性提供了有力的理論支持。

圖1  新型多功能支架設計示意圖

      研究人員首先利用氧化石墨烯(GO)的光熱效應及納米羥基磷灰石(nHA)的骨誘導作用,首先研究了不同比例的nHA與GO復合粒子在808 nm近紅外光照射前后對人骨肉瘤細胞(HOS)、前成骨細胞(MC3T3-E1)和人骨髓間充質干細胞(hBMSC)的影響。隨后,以殼聚糖為載體制備了一種新型的光熱可控的多功能納米羥基磷灰石/氧化石墨烯/殼聚糖(nHA/GO/CS)支架,該支架通過光控可以在48?°C的近紅外照射下有效地殺傷HOS,并在42?±?0.5?°C的溫度下促進細胞增殖及成骨分化。進一步的機制研究表明,nHA協同近紅外光可能是通過增強BMP2/Smad信號通路來促進hBMSC的成骨。在動物實驗中,該支架在大鼠顱骨缺損中植入8?周后具有良好的骨再生作用,同時可以促進創面修復。此外,該支架具有良好的止血效果,有利于照射下的周圍軟組織修復。該研究成果有效的結合了氧化石墨烯的光熱作用以及納米羥基磷灰石的促成骨作用,這一復合材料以及性質為本課題組下一階段探究3D打印人工骨植入物的界面活性改性打下了夯實的基礎。

      楊操教授、吳水林教授和劉想梅教授為論文共同通訊作者,協和醫院骨科醫院馬良碩士和馮曉波博士為論文共同第一作者,華中科技大學同濟醫學院附屬協和醫院為該研究第一單位。

      本課題得到國家重點研發計劃(2018YFB1105700)、國家自然科學基金(81772401, U1603121)等項目支持。此前,以我院為牽頭承擔單位,楊操教授擔任首席科學家的“高性能聚合物材料個性化仿生內植入物增材制造技術及臨床應用研究”項目獲得國家重點研發計劃資助,項目為期3年,總經費1260萬元。該項目采用多學科交叉模式,形成高性能聚合物材料-增材制造-臨床應用的研發團隊。目前以該課題為支撐,已在《Materials Today》、《Nano Energy》、《ACS Appl Mater Interfaces》、《Theranostics》等國際高水平雜志發表相關論文。本課題為3D打印人工骨植入物材料的設計提供新策略,為實現植入物材料的多功能界面及促進組織修復具有重要推動作用。(骨科)


原文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702119308788



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