微量元素微纳结构表面组装载药微球支架协同作用主动调控骨再生研究

It is a key factor for bone repair to regulate cell behaviors effectively and promote bone tissue growth so that the bone defects are repaired rapidly. The existing biomaterials including porous calcium phosphate scaffolds with the property of osteoinduction are still lack of the capacity to regulate cells actively and to promote bone regeneration rapidly. The main drawback to apply bone growth factors in repair of bone defects is the difficulty to control their dose and acting duration and also unable to bound their acting scope, etc. Therefore, this application is aimed at solving the bottleneck problem of porous scaffolds of calcium phosphate and titanium lack of initiative regulation of tissue regeneration. By the technology of hydrothermal synthesis and template agents to control surface growth, the calcium phosphate layers with micro-/nano- structures grow on the pore surfaces of scaffolds in which the trace elements with special biofunction are introduce so as to modify the biofunctional properties of scaffolds themselves. Different biological growth factors loaded separately inside struts of scaffolds, micro- and nano-structures of pore surface and polymer microshperes are staggered in time for delivery. The bone replacement scaffolds with micro-/nano- structures containing trace elements and combining drug-loaded microspheres are thereby fabricated in order to actively regulate bone regeneration with the help of synergistic effect of multi-factors. The main respects for the proposed research are addressed on technologies of loading bioactively growth factors into different parts of scaffolds and staggering the time release of growth factors with synergistic effect of micro-/nano- structures containing trace elements. Finally, the purpose of rapid bone regeneration with the replacement of bone defects is achieved.

骨修复的关键是有效调控细胞行为、促进缺失部位骨组织快速修复，而现有生物材料包括具有骨诱导性的磷酸钙类多孔支架，仍缺乏主动调控细胞行为迅速促进骨再生的能力。单纯应用骨生长因子的主要缺点是剂量和作用时间难以控制，同时也难以约束其作用范围等。因此，本申请拟针对磷酸钙和钛支架缺乏主动调控组织再生能力的瓶颈问题，通过应用水热合成及模板剂调控表面生长技术，改造支架本身构建表面微纳结构并引入生物功能微量元素；利用支架骨架、微纳结构表面和高分子微球，分别装载骨相关生长因子，实现多重生长因子的错时释放。由此制造微量元素微纳结构表面组装载药微球支架协同作用主动调控骨再生的骨替换支架体系，着力改造和提升传统生物材料的生物功能性。重点解决生物因子在支架空间不同部位的活性组装技术、多种因子错时释放及其微量元素微纳结构协同作用实现对多种细胞行为调控的关键技术，达到促进骨组织迅速再生修复骨缺失的目的。

骨修复的关键是有效调控细胞行为、促进缺失部位骨组织快速修复，而现有生物材料包括具有骨诱导性的磷酸钙类多孔支架，仍缺乏主动调控细胞行为迅速促进骨再生的能力。因此，项目针对磷酸钙和钛支架缺乏主动调控组织再生能力的瓶颈问题，拟通过材料工程技术构建多级孔隙结构支架，包括宏观多孔结构和孔隙表面微纳结构，同时在多级结构支架上入生物功能微量元素和组装载药高分子微球，由此制造微量元素微纳结构表面组装载药微球支架协同作用主动调控骨再生的骨替换支架体系，研究材料学因素协同作用调控细胞行为机制促进骨组织修复规律，着力改造和提升传统生物材料的生物功能性，达到促进骨组织迅速再生修复骨缺失的目的。其科学意义在于揭示材料因素及其协同生物因子多重释放对细胞调控和促进组织再生的作用规律，为发展针对新一代组织再生材料的临床应用奠定科学基础。.围绕项目研究目标，完成了多种特殊宏孔结构支架构建及其孔隙表面微纳结构修饰，并将微量生命元素掺杂到多级结构支架，利用装载多种药物的高分子微球，将多重生物因子固载于多级结构支架，获得了多重生物因子的体内外错时释放多级结构含微量元素的多孔复合骨修复支架体系，揭示了支架体系材料因素、控释生长因子错时释放规律及其协同作用对细胞行为的影响规律，以及多孔复合骨修复支架体系促进再生组织随时间的衍化规律，为其临床应用提供了依据。.项目期间，已发表期刊上发表论文22篇（其中SCIE检索论文20篇），邀请境外国家和中国台湾地区专家到校交流7人次，国内外学术交流20人次，申请和获得授权国家发明专利8项；正汇总资料组织申报省科技成果奖1项。同时，已培养博士毕业生6名、硕士毕业生7名。项目主持人当选国际生物材料科学与工程学会联合会生物材料科学与工程Fellow、中国生物医学工程学会生物材料分会侯任主任委员和中国生物材料学会生物陶瓷分会副主任委员。