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四川大學(xué)孫勇/樊渝江 Nat. Commun.:即刻粘附的柔性支架通過募集內(nèi)源性干細胞和誘導(dǎo)血管生成再生顱骨
2022-05-10  來源:高分子科技

  北京時間2022年5月6日,四川大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院/國家生物醫(yī)學(xué)材料工程技術(shù)研究中心張興棟院士團隊樊渝江教授和孫勇研究員Nature Communications上發(fā)表題為“An instantly fixable and self-adaptive scaffold for skull regeneration by autologous stem cell recruitment and angiogenesis”的研究論文。


  有限的干細胞和不匹配的界面融合一直困擾著生物材料介導(dǎo)的顱骨重建。在這里,作者設(shè)計了一種可即時固定和自適應(yīng)的支架,以促進鈣離子螯合和界面整合,調(diào)節(jié)巨噬細胞M2極化,并招募內(nèi)源性干細胞再生顱骨。


  論文通訊作者是樊渝江孫勇;第一作者是盧恭恭徐揚;華西醫(yī)院神經(jīng)外科惠旭輝教授,華西口腔醫(yī)院頜面外科羅恩教授,生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院蔣青教授,四川醫(yī)療器械生物材料和制品檢驗中心梁潔教授和張興棟院士為該論文共同作者。


 

  由腦外傷引起的大面積顱骨缺損的修復(fù)在臨床上仍具挑戰(zhàn)性。當(dāng)前,無細胞功能支架重建顱骨缺損面臨干細胞來源有限、支架可拉伸性較差和不匹配的界面融合等問題而發(fā)展受阻。此外,傳統(tǒng)顱骨成形術(shù)中的附加器械,如顱骨鎖或骨釘,增加了手術(shù)的復(fù)雜性和成本。因此,尋找在顱骨切除術(shù)后可立即植入并固定于缺損部位的柔性可降解生物材料已成為國內(nèi)外學(xué)者研究的新方向。這對于顱腦外傷患者顱骨缺損的再生修復(fù),避免二次開顱手術(shù)并降低并發(fā)癥風(fēng)險具有重要意義。

 


圖1. HCLS通過募集和保留內(nèi)源性干細胞快速啟動成骨和成血管實現(xiàn)顱骨重建。


  樊渝江教授和孫勇研究員開發(fā)了一種即刻粘附的柔性再生支架(HCLS),在不使用輔助固定器械和外源性生長因子/細胞的情況下,可通過柔性變形和自粘附有效固定于缺損界面,適應(yīng)顱內(nèi)壓變化的同時保持支架結(jié)構(gòu)的完整性。該支架主要利用多巴胺修飾的透明質(zhì)酸橋接羥基磷灰石表面的Ca2+和 Ⅰ 型膠原蛋白,形成具有仿生骨基質(zhì)的雜化交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過適當(dāng)?shù)拟}螯合,HCLS表現(xiàn)出良好的力學(xué)匹配和界面整合,并可通過柔性變形對外界應(yīng)力做出響應(yīng)(圖2)。同時,HCLS提供適當(dāng)?shù)幕|(zhì)微環(huán)境調(diào)控巨噬細胞M2極化,其較高的孔隙率、相互連通的多孔結(jié)構(gòu)以及功能性的多酚官能團,確保了內(nèi)源性干細胞的浸潤、遷移以及血管長入。研究結(jié)果表明,該支架可促進骨髓間充質(zhì)干細胞的增殖和成骨分化,以及顯著的異位礦化和血管生成,在兔(Φ=9 mm)和比格犬(Φ=15 mm)顱骨缺損模型中,HCLS分別實現(xiàn)了97%和72%的新生骨覆蓋面積。本研究全面評估了一種被廣泛考慮的無細胞/因子再生方法的可行性,將為臨床上顱骨切除術(shù)和顱骨成形術(shù)后的即刻修復(fù)提供潛在有效的策略。該研究得到國家重點研發(fā)項目(2018YFC1106800)、國家自然科學(xué)基金委(32071352)、四川省重點研發(fā)項目(2019YFS0007)和四川大學(xué)創(chuàng)新火花項目(2018SCUH0089)的支持。



圖2 雜化交聯(lián)支架通過組織粘附、鈣離子螯合和柔性變形,實現(xiàn)良好的力學(xué)匹配與界面整合。


  原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-022-30243-5


通訊作者簡介


  孫勇,研究員/博導(dǎo)。主要結(jié)合先進制造技術(shù)和納米技術(shù),利用雜化纖維基質(zhì)調(diào)控干細胞重建病損的骨/軟骨/皮膚等結(jié)締組織。主持國家級項目/子課題5項,省部級及橫向項目等6項。發(fā)表一作/通訊SCI論文40余篇(平均IF>8),授權(quán)第一發(fā)明人專利14項。入選第三屆中國科協(xié)“青年人才托舉工程”,四川大學(xué)雙百人才/青年科技領(lǐng)軍人才/首屆好未來優(yōu)秀學(xué)者。國內(nèi)外學(xué)術(shù)會議先后獲獎5次,兼職Chinese Chem. Lett.等雜志編委,四川省國際醫(yī)促會骨科科技創(chuàng)新與轉(zhuǎn)化專委會常委、遼寧省液晶功能高分子科學(xué)與工程重點實驗室學(xué)術(shù)委員會委員等。與企業(yè)合作開發(fā)骨釘獲NMPA產(chǎn)品注冊證,參與科技成果轉(zhuǎn)化1項。


  樊渝江,教授/博導(dǎo),國家生物醫(yī)學(xué)材料工程技術(shù)研究中心副主任。從事骨/軟骨再生修復(fù)材料、生物醫(yī)用3D打印技術(shù)和材料、醫(yī)用高分子材料以及控釋載體研究,牽頭開發(fā)軟骨誘導(dǎo)性修復(fù)凝膠、個性化顱頜面骨修復(fù)植入體等新材料和新技術(shù),并實現(xiàn)科技成果轉(zhuǎn)化。主持包括863、國家科技支撐、十三五國家重點研發(fā)、國家自然科學(xué)基金及四川省重大科技成果轉(zhuǎn)化等項目。發(fā)表學(xué)術(shù)論文200余篇,引用5000多次,H因子43,申請/授權(quán)專利近100項。參與出版學(xué)術(shù)著作和教材10余本,指導(dǎo)學(xué)生團隊參加“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽并獲國家級金獎。擔(dān)任中國生物材料學(xué)會常務(wù)理事,骨修復(fù)材料與器械分會主任委員等學(xué)術(shù)兼職。獲得省科技進步一等獎、省教學(xué)成果一等獎、教育部科技進步獎和國家“八五”科技攻關(guān)重點成果獎等。

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