《骨-植入物界面生物功能設計與仿生微環境構建方法研究》是依託上海交通大學，由李祥擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：骨-植入物界面生物功能設計與仿生微環境構建方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李祥
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
利用植入物重建缺損部位骨組織的結構和功能是現代骨科學的主要治療手段。植入物的套用雖已取得極大成功，但是，長期臨床套用亦暴露出不少問題，突出表現在異體反應、服役壽命等不能很好地滿足臨床套用的要求。其根本原因是植入物基本上以異物存在體內。調控植入物表面/界面對蛋白的吸附、進而細胞行為，是控制和引導其生物學反應、避免異體反應的關鍵。本項目擬設計一種巨觀-微觀-納米分級結構植入物界面，在巨觀層面上，設計三維孔隙結構，實現對新生組織的有效力學支撐，以及骨-植入物界面力學適配；在微納尺度上，模擬細胞外基質的結構特徵，在巨觀孔隙內部構建仿生微環境；將生物活性分子融入微環境，形成可控緩釋系統；通過生物活性分子和仿生微環境的協同作用，實現蛋白吸附和細胞行為的調控，誘導組織再生和重建，賦予植入物生物功能，提高其性能與服役壽命，從而改善患者的生活質量，為新一代硬組織外科植入物的開發與臨床套用提供參考和理論依據。
結題摘要
由於疾病、創傷和老年化等原因造成的大範圍骨缺損的修復與替代，以恢復肢體功能，是人類幾個世紀以來不斷深入研究的重要課題。然而迄今為止，臨床上對大範圍骨缺損的治療仍是世界難題。利用植入物重建缺損部位骨組織的結構和功能是現代骨科學的主要治療手段。植入物的套用雖已取得極大成功，但是，長期臨床套用亦暴露出不少問題，突出表現在功能性、免疫性、服役壽命等不能很好地滿足臨床套用的要求。其根本原因是植入物基本上以異物存在體內。調控植入物表面/界面對蛋白的吸附、進而細胞行為，是控制和引導其生物學反應、避免異體反應的關鍵。設計具有不同三維孔隙結構的支架模型，利用有限元軟體分析各種孔隙模型的力學特性，通過設計最佳化孔隙率、孔徑、空間架構等孔隙結構特徵，來調控支架的力學性能，使其具有較高機械強度的前提條件下，具備與骨組織相匹配的結構剛度。利用雷射選區熔化成形增材製造技術製備多孔鈦支架，通過光學顯微鏡和掃描電鏡檢測發現，多孔鈦支架孔隙特徵與設計特徵一致。利用壓縮試驗檢測多孔鈦支架的力學性能，發現孔隙率65%-80%、孔徑約300-800微米的多孔鈦抗壓強度可達50~190 MPa，彈性模量僅為1.52~4.63 GPa，能夠很好地實現與人體骨組織力學性能的匹配。採用鹼熱處理方法，在多孔鈦支架孔隙表面構建了微納米結構形態；篩選與細胞外基質（ECM）組分相似的天然聚合物材料，如：海藻酸鈉、殼聚糖、絲素蛋白等材料，結合熱誘相分離方法，在多孔鈦孔隙內具有微納米特徵的仿生微環境，將生物活性分子與仿生微環境複合，形成了緩釋系統。通過接種成骨細胞，並複合培養4天和7天，發現細胞在仿生微環境中的增值、活力和鹼性磷酸酶表達明顯高於單純多孔鈦，表明仿生微環境具有更好的促成骨功能。動物實驗結果顯示，仿生微環境中的新骨形成量顯著高於其他對照組，證明生物活性分子和仿生微環境的協同作用，對新骨的形成，植入物與宿主骨的整合具有很好的促進作用。
