《缓释CGRP-Sr-CPC双重诱导促进骨质疏松性骨折愈合机制的研究》

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主要论点与论据:由骨质疏松症引发的骨折是中老年骨病致残主要原因。相关治疗手段与方法仍是研究的热点和难点。降钙素基因相关肽可为骨折愈合提供良好的局部血液供应和促进成骨细胞的增殖与分化。锶离子(Sr)不仅能降低破骨细胞的活力,抑制破骨细胞分化;而且能明显增强成骨细胞的活力,并促进其分化。基于以上双重耦合机制的设想,该研究团队从骨质疏松骨再生必要条件着手,提出了加强局部血供与促进成骨分化双重诱导机制的重要性。通过新型可控降解CGRP-Sr-CPC骨水泥的研发,缓释释放降钙素基因相关肽(CGRP),可诱导骨折处的血管长入,提供养分输运及促进成骨细胞增殖;其次,通过Sr离子的释放,在局部促成干细胞向成骨分化,提高成骨细胞活力,同时抑制破骨细胞活性。这种双重机制的探索将大大拓展CPC骨水泥在临床中的运用。该课题组从以下三方面对材料进行研究:合理组分的设计及理化性质的研究;体外相关生物活性及生物相容性研究,包括对血管内皮细胞、骨髓基质干细胞和骨髓单核细胞的影响;骨质疏松大鼠动物模型的搭建及动物学研究。从而进一步优化组分,为CGRP-Sr-CPC骨水泥在外科治疗骨质疏松性骨折的有效性打下基础。结果表明,CGRP-Sr-CPC料能释放CGRP能刺激内皮细胞增殖材料中CGRP及SR的释放显著增强了骨质疏松性骨髓基质干细胞的增值率及成骨分化。将材料植入骨质疏松性大鼠的胫骨近端,通过micro-ct分析及硬组织切片染色结果发现,CGRP-Sr-CPC材料表面开始有新生骨组织长入,能促进骨质疏松性大鼠的骨缺损愈合。

创见与创新:该项目的特色为在骨质疏松性骨折修复的机理上进行了创新性的探索,强调了局部血供与成骨细胞活力间的相互关系,创新性提出了对骨质疏松性骨折双重再生机制的探索,并为研究骨质疏松微环境提供了理论及实验依据。该项目的重要价值在于对CPC骨水泥生物活性机理研究的突破。该研究小组以骨疾病治疗的微环境作为理论依据对材料进行研究,进而对CPC进行了合理改性,将生物材料与临床所需紧密结合,为今后生物材料的研发提供了临床依据及参考价值。

社会经济效益:CPC骨水泥的研发到了一个瓶颈阶段。由于陶瓷材料的脆性较大,始终无法在承重部位骨修复得到运用,并进而由世界知名生物材料专家指出,CPC的发展方向应该以生物活性的提升作为突破口。在该项目的研究中,将CGRP和Sr有机结合,成功制备出释放CGRP及Sr的新型CPC材料,通过CGRP强化局部血供促进骨折部位血管的形成,补充养分增强成骨细胞活性和引入干细胞到达骨折部分,由锶完成促进成骨细胞和干细胞的成骨分化,加强局部成骨能力,两者相辅相成恢复与再造骨折处的微循环,共同促进骨质疏松性骨缺损部位的愈合。

存在的问题:难点和经验:CGRP-Sr-CPC材料组成最佳配比的研究。CGRP-Sr-CPC体外对骨质疏松性大鼠的血管内皮细胞、骨髓基质干细胞和骨髓单核细胞的生物学行为研究。CGRP-Sr-CPC体内对骨质疏松动物骨缺损愈合的体内实验以检验材料的局部降解及成骨性能。原因及解决途径:将有机的CGRP于无机物Sr-CPC组合有多种方法,现有的生长因子的固载方式主要分为非共价物理法和共价化学键合法两大类,该实验尝试多种非共价固载方法,最终通过涂层法结合物理吸附法成功制备出CGRP-Sr-CPC材料。CGRP及材料对骨质疏松性大鼠的血管内皮细胞、骨髓基质干细胞和骨髓单核细胞的影响尚未清楚,该实验首先尝试在体外用CGRP刺激各类细胞,探究不同浓度下CGRP对细胞的影响,最终探明CGRP-Sr-CPC材料对细胞的影响。通过建立骨质疏松性大鼠骨缺损的模型,将材料成功植入大鼠体内,通过micro-CT及组织学分析,证实材料在动物模型体内的成骨作者。

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