題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- “殼-心”納米纖維與多因子時(shí)空控釋在組織修復(fù)中的研究
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡(jiǎn)介：
- ■作品價(jià)值：使組織工程納米級(jí)支架具有多因子藥物控釋功能是科研 人員長(zhǎng)期期盼的目標(biāo)。本作品對(duì)臨床前交叉韌帶（ACL）的損傷和修復(fù)機(jī)理做了系列研究，并探索其不能自主修復(fù)的原因。在此基礎(chǔ)上，本作品結(jié)合納米技術(shù)進(jìn)一步提出生物大分子藥物控釋療法，將蠶絲絲素與絲膠蛋白微納顆粒用于包埋“雞尾酒” 藥物，結(jié)合3D納米纖維支架達(dá)到根據(jù)不同藥物性質(zhì)進(jìn)行控釋的目的。這一方法可廣泛應(yīng)用于其他組織修復(fù)工程領(lǐng)域，有望為組織工程提供了新的理論支持和技術(shù)指導(dǎo)；還可用于目的基因控釋的基因療法，具有良好的潛在市場(chǎng)價(jià)值。作品得到楊雄里院士、K.-L. Paul Sung院士、樊瑜波教授等國(guó)內(nèi)外專家的肯定與推薦。 ■作品創(chuàng)新：1、利用蠶絲絲素與絲膠蛋白微納顆粒成功包埋多種藥 物，結(jié)合納米纖維支架，自主創(chuàng)新性地制備出3D結(jié)構(gòu)的“殼-心”納米纖維，最終實(shí)現(xiàn)多因子藥物控釋; 2、利用自主改進(jìn)的靜電紡絲技術(shù)制備定向有序納米纖維，首次將納米纖維和韌帶組織工程結(jié)合； 3、突破傳統(tǒng)的手術(shù)治療思維，將“雞尾酒”式藥物（已獲國(guó)家發(fā)明專利）用于ACL修復(fù)，提出一種全新療法； 4、建立了高真實(shí)度的ACL損傷模型。
- 詳細(xì)介紹：
- 藥物釋放與組織工程是密切相關(guān)的領(lǐng)域，多因子藥物控釋更是組織工程領(lǐng)域中一個(gè)重要的目標(biāo)。我們利用蠶絲絲素與絲膠蛋白微納顆粒的親、疏水性差異對(duì)藥物進(jìn)行選擇包埋，再通過(guò)乳化形式的絲素、絲膠微納顆粒與聚己內(nèi)酯進(jìn)行電紡，自主創(chuàng)新性地制備出了殼心結(jié)構(gòu)的串珠狀納米纖維，其關(guān)鍵在于利用微納顆粒的不同理化性質(zhì)來(lái)控制因子的釋放速率。從而達(dá)到多因子復(fù)合藥物按照組織損傷后機(jī)體需要過(guò)程控制釋放的目的。 作品以ACL修復(fù)為例，經(jīng)研究分析ACL損傷后的病理生理分子機(jī)理，我們總結(jié)獲得了前交叉韌帶損傷后不能自主修復(fù)的重要原因:ACL損傷后關(guān)節(jié)液中基質(zhì)金屬蛋白酶的大量累積可能是導(dǎo)致前交叉韌帶不能自我修復(fù)的關(guān)鍵所在，并且整個(gè)關(guān)節(jié)腔內(nèi)微環(huán)境的變化對(duì)韌帶修復(fù)有至關(guān)重要的作用。在細(xì)胞水平上對(duì)傷口寬度、炎癥因子和生長(zhǎng)因子等做了更深入的研究基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出針對(duì)ACL損傷后抑制基質(zhì)金屬蛋白酶和炎癥因子等表達(dá)的“雞尾酒”藥物，動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)已證實(shí)經(jīng)加藥治療后的ACL的修復(fù)取得較好的效果；我們?cè)俣镁哂?D結(jié)構(gòu)的“殼-心”納米纖維包埋“雞尾酒”藥物，實(shí)現(xiàn)了藥物的分時(shí)獨(dú)立釋放。最后我們通過(guò)數(shù)學(xué)模型對(duì)體外實(shí)驗(yàn)的藥物釋放曲線進(jìn)行分析得知“雞尾酒”藥物控釋效果理想。 作品深入研究了“殼-心”納米纖維與多因子控釋在前交叉韌帶損傷與修復(fù)中的應(yīng)用，在空間定向的納米纖維支架上實(shí)現(xiàn)了多種藥物根據(jù)自身特性按不同時(shí)間持續(xù)釋放的“時(shí)空釋放”，此方法也廣泛適用于其他組織修復(fù)工程。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 作品主要目的是研究組織工程納米級(jí)支架具有多因子藥物控釋功能。我們用蠶絲絲素與絲膠蛋白微納顆粒對(duì)藥物進(jìn)行選擇包埋，再通過(guò)乳化形式的絲素、絲膠微納顆粒與聚己內(nèi)酯進(jìn)行電紡，自主創(chuàng)新性地制備出3D結(jié)構(gòu)“殼-心”串珠狀納米纖維。再用此納米纖維包埋“雞尾酒”藥物（已獲國(guó)家專利），驗(yàn)證其在組織工程領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，實(shí)現(xiàn)了藥物的分時(shí)獨(dú)立釋放。其關(guān)鍵在于利用絲素和絲膠蛋白的親水性不同，對(duì)所包埋的藥物進(jìn)行控釋。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 科學(xué)性：用天然的絲素和絲膠蛋白結(jié)合納米纖維達(dá)到多因子藥物控釋的目的，構(gòu)思合理，且在韌帶組織工程方面證其可行。 先進(jìn)性：首次實(shí)現(xiàn)多因子藥物的時(shí)空控釋，且我們?cè)谘芯宽g帶修復(fù)機(jī)理方面處于國(guó)際先進(jìn)水平。 獨(dú)特之處：用自主改進(jìn)的靜電紡絲技術(shù)制備定向有序納米纖維，首次將納米纖維和韌帶組織工程結(jié)合；將“雞尾酒”式藥物（已獲國(guó)家發(fā)明專利）用于ACL修復(fù)，提出一種全新療法；建立高真實(shí)度的ACL損傷模型。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 3D結(jié)構(gòu)“殼-心”串珠狀納米纖維能維持生物活性因子的生理活性，又能有效、持續(xù)釋放各組分，提出的生物大分子混合藥物的控釋療法，有助于解決當(dāng)前臨床上ACL損傷修復(fù)遇到的各類復(fù)雜難題，特別是術(shù)后的遠(yuǎn)景治療問(wèn)題。此研究方法與成果可以推廣到其他組織修復(fù)工程領(lǐng)域，為組織工程提供了新的理論支持和技術(shù)指導(dǎo)，有良好的市場(chǎng)應(yīng)用潛力。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 作品深入研究“殼-心”納米纖維與多因子控釋在ACL損傷與修復(fù)中的應(yīng)用，在空間定向的納米纖維支架上實(shí)現(xiàn)了多種藥物根據(jù)自身特性按不同時(shí)間持續(xù)釋放的“時(shí)空釋放”。我們用絲素與絲膠蛋白微納顆粒的親、疏水性差異對(duì)藥物進(jìn)行選擇包埋，再通過(guò)乳化形式的絲素、絲膠微納顆粒與聚己內(nèi)酯進(jìn)行電紡，創(chuàng)新性地制備“殼-心”結(jié)構(gòu)的串珠狀納米纖維，其關(guān)鍵在于利用微納顆粒的不同理化性質(zhì)來(lái)控制因子的釋放速率。從而達(dá)到多因子復(fù)合藥物按照組織損傷后機(jī)體需要過(guò)程控制釋放的目的。 作品以ACL修復(fù)為例，在研究分析其損傷機(jī)理基礎(chǔ)上總結(jié)獲得了ACL損傷后關(guān)節(jié)液中基質(zhì)金屬蛋白酶的大量累積可能是導(dǎo)致其不能自我修復(fù)的主要原因，且整個(gè)關(guān)節(jié)腔內(nèi)微環(huán)境的變化對(duì)韌帶修復(fù)有至關(guān)重要的作用。通過(guò)對(duì)傷口寬度、炎癥因子和生長(zhǎng)因子等的深入研究，我們開(kāi)發(fā)出針對(duì)抑制ACL損傷后基質(zhì)金屬蛋白酶和炎癥因子等表達(dá)的“雞尾酒”藥物，動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí)經(jīng)加藥治療后的ACL的修復(fù)取得較好的效果；我們?cè)俣?D結(jié)構(gòu)“殼-心”納米纖維包埋“雞尾酒”藥物，實(shí)現(xiàn)了藥物的分時(shí)獨(dú)立釋放。用數(shù)學(xué)模型對(duì)體外實(shí)驗(yàn)的藥物釋放曲線分析得知“雞尾酒”藥物控釋效果理想。
獲獎(jiǎng)情況
- 1. Jin Zhang; Li Yang ; Zhenyu Tang ; Ruyue Xue ; Yequan Wang ; Ziwei Luo; Wei Huang ; K. L. Paul Sung. Expression of MMPs and TIMPs Family in Human ACL and MCL Fibroblasts [J]. Connective Tissue Research, 2009, 50:7–13. 2. 呂永鋼，薛茹月，羅自維，楊力. 述評(píng): 膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶修復(fù)的組織工程研究進(jìn)展[J].醫(yī)用生物力學(xué),2009, 24:158-160. 3. 王業(yè)全，陳文琦，錢宇娜，羅自維，湯振宇，薛茹月，張瑾，宋國(guó)立，呂永鋼，楊力. 機(jī)械壓應(yīng)力作用下IL-1α與TNF-α對(duì)滑膜細(xì)胞MMP-2,-9活性的影響[J].醫(yī)用生物力學(xué),2009, 24:161-164. 4. 張瑾，羅自維，陳文琦，錢宇娜，湯振宇，薛茹月，王業(yè)全，宋國(guó)立，呂永鋼，楊力.前交叉韌帶扭轉(zhuǎn)損傷后關(guān)節(jié)腔內(nèi)后交叉韌帶中基質(zhì)金屬蛋白酶-II活性的研究[J].醫(yī)用生物力學(xué),2009,24 :165-168. 5.羅自維.生物力學(xué)[J].大學(xué)科普, 2009,3:40-42.
鑒定結(jié)果
- 未見(jiàn)研究動(dòng)物ACL損傷裝置的報(bào)道；首次用靜電紡絲技術(shù)制備定向有序納米纖維材料包埋生物因子實(shí)現(xiàn)時(shí)空控釋，應(yīng)用于韌帶組織修復(fù)；未見(jiàn)基于蠶絲絲素與絲膠蛋白“心”結(jié)構(gòu)與聚己內(nèi)酯“殼”結(jié)構(gòu)的納米纖維的報(bào)道。
參考文獻(xiàn)
- 1. Expression of MMPs and TIMPs Family in Human ACL and MCL Fibroblasts [J]. Connective Tissue Research, 2009, 50:7–13. 2. 述評(píng): 膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶修復(fù)的組織工程研究進(jìn)展[J].醫(yī)用生物力學(xué),2009,24:158-160. 3. 機(jī)械壓應(yīng)力作用下IL-1α與TNF-α對(duì)滑膜細(xì)胞MMP-2,-9活性的影響[J].醫(yī)用生物力學(xué),2009, 24:161-164. 4.前交叉韌帶扭轉(zhuǎn)損傷后關(guān)節(jié)腔內(nèi)后交叉韌帶中基質(zhì)金屬蛋白酶-II活性的研究[J].醫(yī)用生物力學(xué),2009,24 :165-168. 5生物力學(xué)[J].大學(xué)科普, 2009,3:40-42.
同類課題研究水平概述
- Altman等提示絲素蛋白是制作人工交叉韌帶的良好支架材料。因?yàn)榧{米纖維在力學(xué)性質(zhì)上的局限性，國(guó)內(nèi)外研究人員將納米纖維用于韌帶修復(fù)相對(duì)較少。然而，GOH等利用靜電紡絲結(jié)合編織法以聚L-乳酸（PLA）納米纖維制備了一種新穎的聚合物材料，這種材料既保持了材料的整體力學(xué)特性又具備了微納結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。 納米顆粒材料具備較大的孔隙率、孔徑、比表面積和力學(xué)性能，還有釋放混合生物活性分子和作為細(xì)胞載體的優(yōu)勢(shì)，其已成為一種十分有用的生物支架材料。利用納米顆粒作為載體或緩釋系統(tǒng)負(fù)載生物活性因子，既能保護(hù)生物活性因子的生理活性，又能使生物活性因子緩慢釋放，從而持續(xù)性地促進(jìn)組織修復(fù)再生。楊志明等用PLA研究生物活性因子在成骨中的作用時(shí)成功實(shí)現(xiàn)了因子緩釋發(fā)生。在組織工程中，生物活性因子的應(yīng)用是一個(gè)十分重要的組成部分。眾多實(shí)驗(yàn)表明，在前交叉韌帶（ACL）組織修復(fù)過(guò)程中，需要大量相關(guān)的生物活性因子來(lái)刺激韌帶細(xì)胞的增殖以及胞外基質(zhì)重建。但迄今并沒(méi)有有關(guān)包埋多種生物活性因子的可控釋放的納米纖維支架材料的文獻(xiàn)報(bào)道。 Eijk 最近研究發(fā)現(xiàn)ACL損傷后過(guò)量表達(dá)MMPs被認(rèn)為可能是ACL損傷后不能自我愈合的主要原因。由于缺乏合適的動(dòng)物模型，對(duì)ACL損傷后的修復(fù)機(jī)理研究還并不深入。目前ACL損傷主要是切斷方式，但這種模型與ACL力學(xué)損傷的本質(zhì)相差甚遠(yuǎn)；且外科手術(shù)對(duì)關(guān)節(jié)囊完整性的破壞使得研究人員難以對(duì)ACL損傷后關(guān)節(jié)腔內(nèi)微環(huán)境的變化進(jìn)行研究。而這些過(guò)程對(duì)于我們認(rèn)識(shí)ACL損傷機(jī)制至關(guān)重要。因此有必要建立一種不損傷腔體完整性的ACL損傷模型。當(dāng)關(guān)節(jié)受到過(guò)大的扭曲力時(shí)會(huì)導(dǎo)致韌帶撕裂。但未見(jiàn)研究動(dòng)物前交叉韌帶損傷模型裝置的報(bào)道。 ACL損傷后本身和外圍組織釋放大量的MMPs會(huì)降解組織的細(xì)胞外基質(zhì)，這一機(jī)制目前被廣泛接受。在ACL損傷后修復(fù)這個(gè)過(guò)程中，老化的或受損的組織退化，并被新生組織代替。這個(gè)平衡受MMPs和TIMPs協(xié)調(diào)控制。TIMPs和MMPs是調(diào)節(jié)組織再生的效應(yīng)分子，其中MMPs是組織修復(fù)過(guò)程的退化因子，TIMP是其抑制因子?；谇敖徊骓g帶組織消化與生長(zhǎng)之間競(jìng)爭(zhēng)的平衡策略，而目前尚未發(fā)現(xiàn)用以實(shí)現(xiàn)這種平衡策略的一個(gè)具體“載體”的相關(guān)研究。
