西安交大科研人員提出基於矽基彈性-基因激活生物活性材料的骨組織...

2020-12-16 西安交大新聞網

矽基生物活性醫用材料如生物活性玻璃、矽酸鹽陶瓷等是一類重要的生物醫用材料，具有優越的骨整合能力、成骨誘導活性、創面修復活性和生物安全性，在骨組織再生與替代、軟組織創面修復、藥物基因遞送等方面具有重要的應用潛力和價值。然而傳統矽基生物活性材料力學脆性大、彈性差、降解慢，大大限制了該類生物醫用材料的再生醫學應用範圍。開發具有仿生彈性、可控生物降解、組織誘導活性的新型矽基生物活性材料對促進組織修復與再生的效率具有重要的意義。

西安交通大學材料學科-生物醫學工程學科/生物診斷治療國家地方聯合工程研究中心雷波教授團隊一直致力於具有疾病治療和組織再生作用高性能矽基生物活性雜化材料的設計與應用研究。2015年在國際上合成出了基於檸檬酸的生物活性聚矽檸檬酸酯分子雜化彈性材料（Adv.Funct.Mater.2015,25,5016）,發現了該材料內在的多功能特性（高彈性，光致發光，抗菌，成骨分化），實現其中生物成像（Adv. Healthcare Mater, 2016, 5, 382; Appl. Mater. Today, 2018, 10, 153）,材料體內示蹤（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 17722）, 腫瘤診療(Biomaterials, 2019,201,68), 組織快速修復再生(Adv. Funct. Mater, 2020, 30, 1906013), 示蹤-腫瘤治療-組織修復一體化(ACS Nano, 2020, 14, 2904)等方面的潛在應用。

近期，該研究團隊針對目前臨床骨科對高性能骨修復與再生材料的重大需求，基於彈性聚矽檸檬酸酯材料，設計了一種具有仿生彈性和控釋成骨活性miRNA的納米纖維支架骨修復材料，提出利用彈性(物理)/矽釋放(化學)/miRNA控釋(生物)協同促進骨組織再生的新策略（圖1）。該生物活性材料採用彈性矽基檸檬酸分子雜化納米纖維增強的聚己內酯為仿生彈性骨架，內置聚檸檬酸酯-miRNA的納米複合物，實現了光致發光、納米結構、彈性、矽基活性組分、長期miRNA釋放的多重功能效應，體外實驗發現該材料可以高效促進幹細胞成骨分化，體內骨缺損模型進一步驗證了該彈性矽材料體系促進骨組織快速修復和重建的能力。該研究可能為骨缺損的治療提供了一種簡單有效的生物活性材料的多因素協同思路。

圖1 多功能生物活性彈性納米纖維支架：彈性(物理)/矽釋放(化學)/miRNA控釋(生物)協同策略促進骨組織再生

以上研究成果以「Biomimetic Elastomeric Bioactive Siloxane-Based Hybrid Nanofibrous Scaffolds with miRNA Activation: A Joint Physico-Chemical-Biological Strategy for Promoting Bone Regeneration」為題發表在材料領域著名期刊 Advanced  Functional Materials上（Adv.Funct.Mater., 2020, 30, 1906013，影響因子16.8）。雷波教授為該論文的唯一通訊作者，西安交通大學為該論文的唯一通訊單位。該研究工作得到了西安交通大學「青年拔尖人才支持計劃」、「雙一流」大學建設先導項目、國家自然科學基金重點項目、國家自然科學基金面上項目、陝西省顱頜面精準醫學研究重點實驗室等項目的支持。

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