LL37抗菌肽修饰功能化聚合物支架促进眼眶骨再生及其机制研究

The special structure and location of orbit, the adjacent paranasal sinuses,the poor blood supply and bone regeneration ability make the orbital wall defect repair difficult, leading to severe visual loss,infection and middle face malformation and other functional disorders which needs to implant unbiodegradable materials. However, the implanted materials may cause malpositon,rejection and infection complications.Our previous studies showed that tissue engineering can be used in orbital bone regeneration. However，because of the communation of orbit and enviroment through the paranasal sinuses, after implantation of biomaterials the mismatching degradation of the biomaterials and low viability of implanted stem cells even the high exitence of infection make it difficult to regenerat orbital bone. Recent studies proved that the antimicrobial peptide LL37 possess potent and broad spectrum antimicrobial activity. LL37 also exhibits multiple bio-functions in wound healing and agiogenesis，even promotes cell proliferation and tissue regeneration. This project begins with our desire to generate a functional polymeric scaffold carring LL37 peptide to repair orbital bone defecct and promote orbital bone regeneration, and evaluate the feasibility and safety of applying the composit in orbital bone regeneration. Moreover, through analyses of cell markers and comprehensive tests, this project intend to clarifies the mechanisms LL37 involved in the repair of bone defects, thereby providing an experimental basis for the clinical treatment of orbital bone defects.

眼眶位置和结构特殊，骨壁一侧为副鼻窦空腔，局部血供差、骨再生能力低，外伤缺损后修复困难，常导致严重视功能障碍、感染和颅面部畸形，需植入不可降解材料修复骨缺损，但存在移位、排斥、感染等严重并发症。我们前期研究证明组织工程技术可用于眼眶骨再生，但眼眶壁薄，缺损后眼眶通过副鼻窦和外界相通，支架材料植入后不仅降解速率不匹配新骨形成，移植细胞成活率低，而且感染率高。近来，研究证明人源抗菌肽LL37除具有抗微生物活性、免疫调节功能，还参与伤口的愈合和血管的发生，能促进细胞增殖，从而促进组织再生。因此，本项目通过构建携带LL37多肽的功能化聚合物支架PFM用于眼眶骨修复和再生，探讨其修复眶壁标准骨缺损的有效性和安全性，并从细胞、分子和动物水平，阐明其促进骨修复的机制，以期为临床眼眶骨再生修复提供理论基础和新思路。

眼眶位置和结构特殊，眼眶外伤、肿瘤、炎症等常导致严重视功能障碍和颅面部畸形，手术通常需要植入人工材料修复，但术后常存在材料移位、排斥、感染等严重并发症。同时，由于眼眶与鼻窦相邻，骨壁一侧为副鼻窦空腔，局部血供差、骨再生能力低，外伤或缺损修复术后，手术植入的材料通过副鼻窦空腔与外界相通，导致感染几率上升，成为临床眼眶骨缺损修复手术面临的难题。课题组从兼顾提高修复材料的抗菌性与成骨性能出发，进一步制备功能化生物材料，并利用LL37抗菌肽修饰，增强功能化材料的抗感染性能。同时探讨LL37抗菌肽的促成骨性能，进一步构建同时具有抗菌和成骨能力的复合支架，探索抗菌肽应用于骨组织工程的可行性和安全性。本研究证明在生物浓度范围内，抗菌肽LL37随着浓度上升，抗菌效果增加。我们证明加入不同浓度LL37进行成骨分化诱导后，通过qPCR 和WB，ARS染色，ALP检测证实大鼠骨髓基质干细胞可在LL37诱导下向成骨细胞分化，且成骨效果在4ug/mL时达到峰值，证明LL37的体外促成骨效果与浓度具有相关性。将LL37复合功能化生物材料PSeD支架，研究LL37/PSeD支架对于hADSCs的成骨促进作用。ALP和ARS染色发现LL37/PSeD支架对于hADSCs促成骨作用要强于单纯PSeD组和空白对照组。LL37/PSeD支架联合hADSCs修复大鼠颅骨标准骨缺损，术后8周进行microCT扫描，四环素、钙黄绿素、茜素红荧光示踪发现复合支架能有效促进大鼠颅骨再生，并且植入PSeD/hADSCs/LL37支架新生骨面积明显高于PSeD/hADSCs细胞材料组，PSeD单纯材料组和空白组。研究结果证明新制备的复合材料植入机体后不仅能减少细菌感染隐患，同时具有良好生物相容性、可降解性和成骨诱导性，有效诱导自体骨再生。课题组已在ACS、Biomaterials、Materials science and engineering、Journal of Materials Chemistry B、Scientific reports等发表SCI论文7篇，总影响因子（IF）43.809，获得国家科技进步奖二等奖（课题负责人为第三完成者），获得实用新型专利1项，参加国内外学术交流会议7次，培养博士研究生3名，硕士研究生1名，目前还有在读硕士研究生2名从事于本课题相关的进一步研究工作。