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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(xì)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(shí)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(tuán)隊(duì)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(xì)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(jì)了一種可即時(shí)固定和自適應(yīng)的支架,以促進(jìn)鈣離子螯合和界面整合,調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞M2極化,并招募內(nèi)源性干細(xì)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(yáng);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(yàn)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(xì)胞功能支架重建顱骨缺損面臨干細(xì)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(duì)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(xiǎn)具有重要意義。

 


圖1. HCLS通過募集和保留內(nèi)源性干細(xì)胞快速啟動(dòng)成骨和成血管實(shí)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(xì)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(shí)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(duì)外界應(yīng)力做出響應(yīng)(圖2)。同時(shí),HCLS提供適當(dāng)?shù)幕|(zhì)微環(huán)境調(diào)控巨噬細(xì)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(tuán),確保了內(nèi)源性干細(xì)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(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)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(shí)現(xiàn)了97%和72%的新生骨覆蓋面積。本研究全面評(píng)估了一種被廣泛考慮的無細(xì)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(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目(2018YFC1106800)、國家自然科學(xué)基金委(32071352)、四川省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目(2019YFS0007)和四川大學(xué)創(chuàng)新火花項(xiàng)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(shí)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(jìn)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(xì)胞重建病損的骨/軟骨/皮膚等結(jié)締組織。主持國家級(jí)項(xiàng)目/子課題5項(xiàng),省部級(jí)及橫向項(xiàng)目等6項(xiàng)。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(xiàng)。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(huì)議先后獲獎(jiǎng)5次,兼職Chinese Chem. Lett.等雜志編委,四川省國際醫(yī)促會(huì)骨科科技創(chuàng)新與轉(zhuǎn)化專委會(huì)常委、遼寧省液晶功能高分子科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)委員等。與企業(yè)合作開發(fā)骨釘獲NMPA產(chǎn)品注冊(cè)證,參與科技成果轉(zhuǎn)化1項(xiàng)。


  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(gè)性化顱頜面骨修復(fù)植入體等新材料和新技術(shù),并實(shí)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(diǎn)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(xiàng)目。發(fā)表學(xué)術(shù)論文200余篇,引用5000多次,H因子43,申請(qǐng)/授權(quán)專利近100項(xiàng)。參與出版學(xué)術(shù)著作和教材10余本,指導(dǎo)學(xué)生團(tuán)隊(duì)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(jí)金獎(jiǎng)。擔(dān)任中國生物材料學(xué)會(huì)常務(wù)理事,骨修復(fù)材料與器械分會(huì)主任委員等學(xué)術(shù)兼職。獲得省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、省教學(xué)成果一等獎(jiǎng)、教育部科技進(jìn)步獎(jiǎng)和國家“八五”科技攻關(guān)重點(diǎn)成果獎(jiǎng)等。

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