《微流體器件輔助構建骨軟骨修復材料的套用基礎研究》是依託華南理工大學，由施雪濤擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：微流體器件輔助構建骨軟骨修復材料的套用基礎研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：施雪濤
- 依託單位：華南理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
關節軟骨的病變常伴隨軟骨下骨的缺損，因此骨軟骨一體化修復一直是再生醫學和骨科面臨的困難之一。傳統的骨軟骨組織工程支架往往忽略骨—軟骨界面這一重要結構的構建，難以實現其一體化修復；同時，如何同步介導幹細胞在支架不同相的特異性梯度分化，實現與天然骨軟骨組織在成分與結構上匹配也是制約骨軟骨一體化修復臨床套用的難題。本課題利用微流體器件構建具有羥基磷灰石梯度分布的水凝膠材料，以成分仿生骨軟骨；然後將其負載幹細胞，並置於由成骨及成軟骨誘導液形成溶液梯度的微流體器件中，通過調控兩種誘導液在水凝膠中的梯度分布，將不同區域的幹細胞分化為成骨細胞或軟骨細胞，從而製備由骨相到軟骨相，具有連續過渡結構的骨軟骨修復材料。本課題圍繞骨軟骨一體化修復與重建兩大難題，套用微流體與組織工程相結合的新方法，構建可介導幹細胞梯度分化的高度仿生骨軟骨修復材料，期望通過不同技術領域的交叉突破骨軟骨組織工程一體化修復的瓶頸。
結題摘要
關節軟骨的病變常伴隨軟骨和軟骨下骨的缺損，兩者是結構與功能互相依存的兩個組織，要實現骨軟骨一體化修復是骨關節治療中亟待解決的困難之一。然而，骨與軟骨在結構、組成成分、細胞種類上差別顯著。傳統的骨軟骨組織工程支架往往忽略了骨與軟骨下骨界面處成分與結構的過渡，導致很難實現骨軟骨的一體化修復。同時，如何同步介導幹細胞在支架不同相的特異性梯度分化，實現與天然骨軟骨組織在細胞水平上的匹配也是骨軟骨一體化修復的重點。 本課題主要通過利用微流控技術製備了幹細胞分化因子梯度分布的雙相光交聯水凝膠，並通過梯度負載不同幹細胞分化因子，來介導水凝膠內部幹細胞的仿生梯度分化與細胞外基質的梯度分布，從而形成結構與成分高度仿生的骨軟骨修復材料用於骨軟骨缺損的修復與重建。其中引入的一種具有特殊疏水空腔和親水外殼結構的β-環糊精（β-CD）與親脂分化因子通過主客體作用構建穩定的緩釋載藥體系。同時，我們還研究了小分子調控幹細胞定向分化作用的機理與各分子間的協同作用，探討了骨細胞分化因子的空間排布對細胞分化的影響以及對骨軟骨界面組織構建的重要性。實驗結果表明：構建的這種幹細胞分化因子負載的雙相光交聯水凝膠，能實現較好的結合效果，並且幹細胞分化因子與β-CD結合後能大大減緩釋放速率且不影響其作用效果。在體外實驗中，顯示出具有良好的細胞相容性，並能成功誘導幹細胞的定向分化，在雙相結構中呈現出一定的細胞梯度排布。同時，動物實驗結果顯示實驗組的雙相光交聯水凝膠負載幹細胞分化因子的幹細胞支架能夠顯著促進骨關節的修復，且幹細胞在其中發揮了有利作用。 本課題通過結合基質材料、幹細胞、幹細胞分化調控小分子，最終設計出一種能對骨關節界面的損傷部位進行填充修復的可原位注射光固化雙相水凝膠材料，並探討三個因素之間的相互影響，為進一步開發可套用於臨床的骨軟骨一體化支架提供實踐與理論依據，具有廣闊的臨床套用前景與社會經濟價值。
