扫一扫 加微信
首页 > 新闻资讯 > 科技前沿 > 消息正文
首页 > 新闻资讯 > 科技前沿 > 消息正文
《先进材料》:生物活性骨粘合剂,助力骨愈合
发布:lee_9124   时间:2020/2/4 18:45:04   阅读:406 
分享到新浪微博 分享到腾讯微博 分享到人人网 分享到 Google Reader 分享到百度搜藏分享到Twitter
用骨粘合剂取代传统的侵入性材料(如钢板、螺钉和针)可能会给骨科手术带来革命性的进步。然而,骨黏合剂的有效性取决于迁移的细胞活力的高低。骨粘合剂(化学完整性和不可降解性)形成的致密层严重影响了细胞的增殖和组织的重构。

为了解决这一难题,中科院化学所邱东、乔燕和北京大学第三医院周方合作基于前期植酸来源的生物玻璃(PSC)的研究成果,开发了一类具有生物活性的成孔骨粘合剂,可促进骨源性间充质干细胞向粘合剂内部迁移,并向骨细胞分化。该粘合剂具有与细胞迁移和组织生长相适应的结构。
 
 

生物活性成孔粘合剂的设计

根据前期的成果,植物酸衍生的PSC(10.8%P2O5 –54.2%SiO2 –35.0%CaO, mol%)生物玻璃在生理条件下表现出快速的羟基磷灰石(HA)形成能力和优异的生物活性。研究者选用化学惰性强,水溶性高的聚乙二醇(PEG)作为包裹PSC的致孔剂和氰基丙烯酸酯(CA)作为胶黏剂。PEG溶解后,支架内部形成了孔隙。细胞迁移至支架内部后,在生物活性材料的刺激下,开始增殖与分化。
 
 

图1所示:生物活性成孔粘合剂的合成示意图。

骨粘合剂大孔结构及细胞活性的表征

通过扫描骨粘合剂支架可以发现,掺杂的PEG(绿色)颗粒和PSC(红色)颗粒均匀分散在支架之中(Fig.2a,b)。在将支架放入模拟的体液后,PEG溶解,支架呈现出120±20µm大小的连通孔隙(Fig.2c)。同时,支架表面形成了针状HA晶体涂层(Fig.2d,e,f)。研究者进一步测试了骨源性间质细胞(BMSCs)在骨粘合剂中的生存能力和迁移行为,发现BMSCs一天和三天的存活率分别为95%±5%和135%±7%,说明其具有良好的细胞相容性(Fig.2g)。
 

 
图2所示:材料表征及细胞活性表征。

生物活性成孔粘合剂在体内促进骨折愈合

研究者还进行了体内实验,以展示骨粘合剂治愈骨折的能力。研究者以大鼠颅骨为实验模型,分别利用商业粘合剂(OCA)、成孔粘合剂PEG5/OCA5、实验组(或不注射粘合剂),将直径为3mm的圆形骨片固定于刚形成的小鼠颅骨骨折内(Fig.4a,b)。4周和12周的micro-CT结果显示,无粘和剂组在4周后出现圆形骨块脱位,12周后出现更大的骨缺损。然而,在植入粘和剂的组中未观察到类似的骨块脱位情况,但单纯OCA组由于缺乏营养供应,圆形骨片未完全愈合。与之相比,PEG5/OCA5和实验组的周围骨组织和圆形骨块完全融合,其结果归功于联通的孔隙的结构。另外,实验组在12周时,周围骨与圆形骨块之间的间隙消失,这反映了PSC生物玻璃的生物活性导致大量新骨形成(Fig.4e)。组织学实验结果与micro-CT结果吻合。
 

 
图4所示。生物活性成孔粘合剂的动物实验。

小结

最后,研究者得出结论,开发的骨粘合剂能够在体外形成具有生物活性的微米级孔隙,促进细胞的生长、增殖和分化,并取得了良好的体内实验结果。该研究成果以题为“Bioactive Pore-Forming Bone Adhesives Facilitating CellIngrowth for Fracture Healing”的论文发表在《Advanced Materials》上(见文后原文链接)。文章第一作者为Xu Liju 。

 
来源: 高分子科学前沿
 
 
相关信息
   标题 相关频次
 北化大尹梅贞教授JACS:绿光诱导偶氮苯衍生物固液态转变及粘合剂应用
 1
 道康宁推出新型半透明粘合剂
 1
 观察蜗牛,发明可把学生粘在墙上的新材料,顺便发一篇PNAS
 1
 光致可剥离粘合剂
 1
 湖南大学董盛谊教授和赵万祥教授合作团队在基于氢键作用的超分子黏附材料研究中取得重要进展
 1
 可穿戴终端:在薄膜等物质上直接绘制电路
 1
 美国开发医用黏合剂:能粘心脏和动脉
 1
 美科学家解开了常青藤超强的攀附能力的秘密
 1
 密歇根大学研发新超能胶 将助推车用混合材料应用
 1
 日本开发新型树脂粘合剂实现与铝合金的无缝对接
 1
 神奇的新型胶带
 1
 新型粘合剂能在海水中反复使用
 1
 新型粘合剂助推车用混合材料应用
 1
 蜘蛛网引发的构想——智能粘合剂
 1
彩票开奖查询