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学术动态

张兴栋院士团队首创骨诱导聚芳醚酮材料

发布日期:2022年10月17日     编辑:     点击数:

组织诱导性生物材料是一种不添加细胞和(或)生物活性因子,经过设计用于受损或缺失的组织或器官再生的生物材料,已列入二十一世纪生物材料定义,代表生物材料发展的新方向和前沿。材料诱导组织再生的理念源于生物材料骨诱导性的发现和确证,其典型代表是已获批上市的骨诱导磷酸钙生物陶瓷,广泛应用于临床骨缺损的再生修复,表现出媲美自体骨和生长因子的修复效果。尽管如此,陶瓷本身的脆性使其在承重部位骨缺损修复应用中有较高的风险。相较于生物陶瓷,医用金属和高分子材料具有广阔的力学调控空间,在承重骨修复方面具有独特的优势。在生物材料骨诱导理论指导下,前期已有骨诱导性多孔金属的相关报道,但开发兼具骨诱导性和适宜力学强度的医用高分子材料一直是骨科生物材料领域面临的难题和挑战,至今鲜有成功报道。

图1. 骨诱导聚芳醚酮材料的制备、表征及作用机制

张兴栋院士团队坚持以“组织诱导性生物材料”为研究核心,结合课题组前期生物活性聚芳醚酮材料相关研究(ACS Biomater. Sci. Eng. 2016, 2(6): 977−986; Biomaterials, 2018, 170: 116-126; Science advances, 2020, 6(50): eabc4704),通过模拟自然骨多尺度结构特征,设计和制备了具有类骨多尺度结构和力学性能的仿生聚芳醚酮支架材料(图1)。研究结果证实,该支架可通过激活cAMP/PKA信号通路介导干细胞的成骨分化,进而实现体内异位诱导新骨形成,并促进骨缺损的再生修复。这也是自1969Winter等人在Nature上短暂报道聚甲基丙烯酸羟乙酯海绵后(Nature, 223, 88-90)50多年来首次发现了惰性高分子材料的异位诱导成骨现象。

本研究结果确证了生物材料骨诱导性在医用高分子材料中的普适性,既是对我国原创生物材料组织诱导理论的补充和完善,还为新型骨和其它组织诱导类植入器械开发提供了研究思路和材料基础。该工作以“A unique biomimetic modification endows polyetherketoneketone scaffold with osteoinductivity by activating cAMP/PKA signaling pathway”为题发表在《Science Advances》上。专职博士后袁波为论文第一作者,朱向东研究员、张凯教授为本文共同通讯作者。

原文链接: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq7116



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