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Advanced Materials封底重点推荐北京大学第三医院骨_吉首大学教务处

作者: 高校信息网 发布时间: 2020年03月16日 12:32:44

2020年3月9日,北京大学第三医院骨科周方教授课题组和中国科学院化学研究所乔燕研究员、邱东研究员课题组合作研究成果在《先进材料》(Advanced Materials,IF:25.809)以封底文章形式发表。文章题为“生物活性成孔骨粘合剂促进细胞长入及骨折愈合”(“Bioactive Pore-Forming Bone Adhesives Facilitating Cell Ingrowth for Fracture Healing”),该研究为骨折治疗提供了新的策略。

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论文截图

封底评论写到:在论文中,周方、乔燕、邱东及他们的同事们发明了一种新型的生物活性多孔骨粘合剂,该粘合剂在粘合骨折的同时还可促进细胞长入的效率。课题组通过利用造孔剂包覆生物活性颗粒,可促进成骨细胞的迁移和分化,同时能够加强瞬间粘合强度,并证明可以高效率促进骨再生。

理想的骨粘合剂应在早期为骨折断端提供稳固的粘接强度,同时能够持续促进骨折的修复。现有的氰基丙烯酸酯(CA)是具有即时粘接和生物相容性的医用胶水,但其聚合后的不可生物降解性严重阻碍了骨细胞的长入及骨组织的愈合。为解决这一难题,本课题组提出了一种生物活性成孔策略助力骨折愈合。

生物活性玻璃(BG)具有优异的骨传导性和骨诱导性。乔燕、邱东和周方课题组多年来一直从事新型BG材料的相关研究,开发了一种植酸前驱体的新型的中性BG,其优点是与体液接触反应后仍能维持接近中性的PH值,同时可快速矿化形成羟基磷灰石(HA),有利于骨组织的再生。但是BG降解速率过慢无法及时形成多孔结构,而且BG表面的大量羟基会极大加速CA的固化,导致手术操作时间窗口过短。本研究在此理论基础上,选用化学惰性的易水溶性聚乙二醇(PEG)包裹PSC作为造孔剂和CA复合制备了新型的生物活性成孔骨粘合剂(PSC/PEG/CA)。在体液环境中,PEG快速溶解形成多孔结构,同时暴露出PSC提供生物活性,促进骨细胞的长入、增殖和分化,从而加速骨折修复愈合。

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生物活性成孔促进骨粘合剂成骨示意图

材料表征结果证实,PSC/PEG/CA可快速形成120μm左右的多孔结构,同时表面形成针状的HA层。细胞学实验进一步发现PSC/PEG/CA中骨髓间充质干细胞(BMSCs)的长入深度和增殖矿化能力明显优于对照组。

动物实验验证研究发现,空白组在术后4周即出现骨片移位,至12周时仍残存较大骨缺损。实验组并未出现类似现象,但是在OCA(纯胶水组)骨缺损愈合不充分。相反,在PEG5/OCA5(多孔胶水组)和PSC1/PEG4/OCA5(多孔活性胶水组)中周围原生骨组织和移植骨片完全整合,尤其在12周时,PSC1/PEG4/OCA5组发现大量新骨形成,新生骨比例明显高于对照组和其他胶水组。新的骨粘合剂为骨折治疗提供了新的思路,具有良好的转化应用前景。

中国科学院化学研究所徐礼桔博士和北京大学第三医院骨科高山博士为该论文的共同第一作者,北京大学第三医院骨科周如冰博士参与了此课题研究,周方、乔燕、邱东为该论文的共同通讯作者。本研究成果体现了医工合作、医化结合等多学科交叉合作的优势,并得到国家自然科学面上基金、国家基础研究项目、中国科学院战略重点项目等项目的资助。