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周彦恒教授课题组取得仿生矿化支架材料研发重要进展

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  近日,由北京大学口腔医院正畸科周彦恒教授指导、刘燕副研究员领衔的仿生矿化课题组首次成功组装了具多级结构的骨仿生替代材料——具拓扑结构的纤维内矿化胶原(Hierarchical intrafibrillarly-mineralized collagen,HIMC),实现了颌骨大面积缺损的有效再生,为骨仿生材料的临床应用提供实验依据。2016年8月17日,这一研究的成果发表于国际材料学顶尖期刊 Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201602628)。该研究由北京大学口腔医院与中国科学院化学研究所合作完成。我院正畸科周彦恒教授与中国科学院化学研究所王铁教授为文章的共同责任作者,正畸科刘燕副研究员、博士研究生刘帅,及石油大学罗聃助理研究员为文章的共同第一作者。

  刘燕副研究员在仿生矿化领域有着近十年的积累,所指导的仿生矿化课题组在胶原矿化机制与组织工程应用研究方面一直处于国际领先地位,在国际期刊杂志上发表相关文章30余篇,包括Advanced Materials,Advanced Functional Materials, Biomaterials, Small,及 ACS Applied Materials & Interfaces等材料与化学顶尖杂志,不断取得突破性进展。

  在我国,由于牙周病、肿瘤、发育异常、外伤等原因造成的颅面部大面积骨缺损的发生率一直居高不下,给患者的生活质量、心理健康带来一系列影响。如何高效地实现颌面部的骨再生,恢复口功能,提高患者的生活质量一直是口腔医生面临的难题。合成生物相容性优越、成骨性能良好、降解速度适宜的骨替代材料是实现骨再生与修复的关键。然而,传统的骨组织工程支架材料仅仅是对天然骨化学组成的简单模仿,并未再现天然骨组织的多级结构。该研究致力于从纳米级别对天然骨组织的各级结构进行仿生合成,从而获得具有良好的生物相容性及生物活性骨替代材料,为宿主细胞提供类似天然的微环境,从而诱导内源性骨再生。

  为了体外再现生物体内的矿化过程,课题组使用改良的“bottom up” 仿生矿化法实现三维HIMC支架的合成。进一步的研究表明,仿生合成的HIMC支架材料具有于天然骨极其相似的纳米结构,能够更好的促进干细胞在支架材料表面的粘附、增殖与矿化;且与天然骨具有类似的应力分散能力及降解速率;体内研究表明在HIMC支架材料引导下生成的新骨量更高,分布广泛,纳米结构更成熟,尤其是新生骨胶原与天然骨胶原的排列及机械性能一致。目前,纤维内矿化胶原支架材料的研发取得了阶段性的进展,相信在不久的将来会为颅面部骨缺损的临床治疗提供新思路。

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  图1: HIMC 的组装过

  图2-HIMC-有效引导大鼠颌骨临界骨缺损再生.jpg

图2: HIMC 有效引导大鼠颌骨临界骨缺损再生