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仿贻贝涂层4D可降解弹性体持久募集修复巨噬细胞促进颅面骨再生

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新材料科讯 2021-07-23 15:30

颅面骨在轻度损伤或缺损区域植入屏障膜后具有独特的自愈潜力,这主要归因于骨髓间充质干细胞强大的增殖和成骨特性。传统观点认为,使用屏障膜来阻隔周围非成骨性组织有利于引导骨再生。然而,机制研究证实骨形成是由宿主细胞-屏障膜的相互作用决定。作为免疫系统中最主要的应答者,巨噬细胞是率先与屏障膜相互作用的细胞类型。因此,屏障膜与受体巨噬细胞之间的相互作用是骨再生成功的重要因素。与聚合物膜相比,虽然脱细胞基质膜对于较小骨缺损有良好的修复效果。但其快速降解导致的机械强度丧失不利于引导骨再生过程中空间的维持,进而无法实现较大骨缺损的良好修复。另外,对于表面形态不规则的颅面骨缺损的修复,屏障膜能够进行特定形态的塑形且具有形状记忆性尤为必要。所以,为了满足不同类型骨缺损的修复需求,屏障膜的结构和特性都亟待优化。

研究结果显示,文中构建的3D打印-静电纺丝膜具有多种4D塑形潜能。

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图1. 具有多种塑形潜能的3D打印-静电纺丝膜

将贻贝仿生的聚多巴胺(PDA)涂层作为免疫调节剂,在多孔3D打印层中充分锚定。不同于细胞因子或多肽进入体内后自扩散并酶解而迅速丧失生物活性,PDA纳米涂层锚定在屏障膜上,与巨噬细胞接触后才发挥免疫调节作用,因此可以在体内持续存在,进而实现体内修复型巨噬细胞 (M2型) 早期且持久的募集。接着,通过大鼠颅骨缺损模型探明了引导骨再生膜内巨噬细胞的极化对缺损内成骨细胞的影响。

图2. 3D打印-静电纺丝膜在体外可诱导三维空间的巨噬细胞M2型极化

图3. 贻贝仿生涂层4D引导骨再生膜在体内可实现M2巨噬细胞早期且持久的募集

最为重要的是,贻贝仿生涂层4D引导骨再生膜可根据不同形态的缺损,在术前通过CT重建数据所制作的模型实现引导骨再生膜的个性化定制。在不添加骨粉和任何生长因子的情况下,实现了兔下颌骨种植体周围缺损(8mm)特定形态的骨修复。

图4. 4D-PDA膜可实现种植体周围骨缺损的特殊形状的骨愈合

本研究结果揭示了3D打印微结构在免疫调节方面的优越性,同时临床相关动物模型证实了其在修复垂直骨缺损方面的独特作用,在口腔种植方面具有广阔的应用前景。

上述研究成果由吴炜教授团队完成。空军军医大学联合培养硕士研究生刘许正为论文第一作者,空军军医大学吴炜教授为论文通讯作者。

课题组简介

吴炜:空军军医大学口腔医院颌面外科教授,主任医师,博导,国家优青获得者,近年来主要从事免疫调控组织再生,3D打印支架材料修复颅面部缺损等方向的研究。以第一/通讯作者在国际著名学术期刊《Nature Medicine》,《Advanced Science》,《Biomaterials》,《Acta Biomaterialia》等发表论文三十余篇,他引800余次 。已授权中国发明专利 3项,申请中国发明专利 3项。现任中华口腔医学会颌面肿瘤专委会委员、遗传罕见病专委会委员。获陕西省科学技术一等奖,陕西省青年科技新星等奖励。主持国家自然科学基金,863计划青年科学家项目等国家级课题六项。该研究得到了国家自然科学基金委(81771040,81422008)的支持。

来源:Biomaterials杂志

论文链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0142961221003549

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