文档介绍：项目名称:
面向组织修复与替代的纳米生物材料的研究
首席科学家:
丁建东复旦大学
起止年限:

依托部门:
教育部上海市科委
一、研究内容
关键科学问题:
本项目的关键科学问题总结、提炼为:如何揭示纳米材料与细胞相互作用的规律,发展相关固体材料界面的纳米调控技术,为设计具有特定纳米修饰的生物材料、解决组织修复替代的部分临床重大需求提供指导。
其中,细胞与材料的相互作用主要指材料表面的纳米结构及其本体性质(例如软硬度)如何影响细胞粘附、细胞分化等行为;纳米调控主要指对于固体材料表面的纳米结构和活性因子排列方式的调节。
总体研究内容:
在揭示纳米材料界面与细胞相互作用的基本科学问题方面,拟获得和完善合适于细胞与固体材料相互作用研究的纳米图案化和纳米修饰技术,研究材料的表面纳米结构影响细胞粘附、迁移、分化等行为的规律;综合材料的纳米修饰、粘弹性、力学微环境等因素,考察细胞行为如何受到调控,以及考察细胞是否反过来影响材料。
在研究新型的医用纳米材料核心技术方面,将发展适合于三维支架材料的实用的纳米修饰技术,并探讨具有纳米修饰内表面的三维空间以及多细胞共培养时细胞与材料之间以及细胞与细胞之间的相互作用;揭示软骨、骨、毛细血管、心脏上皮组织等特定组织细胞相关的固体材料界面的合适的纳米结构。
在上述基础问题相关的应用研究方面,将研究人工韧带(不可降解)的纳米修饰技术,考察动物实验中与骨愈合的效果;制备具有不对称纳米修饰的可降解多孔支架,体外构建组织工程软骨/骨复合组织,并进行动物体内关节软骨的修复;制备促进自发毛细血管化的材料,进行血管化的组织工程长干骨构建与修复的动物实验;研制具有纳米涂层改性的先天性心脏缺损封堵器,并进行相关动物和人体临床试验;在医用材料的应用研究中,制定有关的纳米生物材料的标准。
二、预期目标
项目总体目标:
面向心血管以及骨科的组织修复替代材料的临床需求,揭示固体材料界面与细胞相互作用的科学规律,发展相关的纳米调控技术,并集中有限目标,研制几种用于组织修复替代的新型纳米材料。
5年预期目标:
(1)利用微纳米技术总结细胞与材料相互作用的部分基本规律,揭示其中的部分机理。
(2)掌握适于三维支架的纳米修饰的调控手段,并在新型纳米生物材料方面形成核心技术。
(3)建立1项新型纳米生物材料的标准。
(4)研发具有纳米涂层修饰的先天性心脏缺损封堵器,完成动物实验,获准并进入临床试验,最终完成临床试验,取得产品注册证。
(5)研发可与关节骨组织有生物学连接的高分子人工韧带,完成韧带替换的动物实验。
(6)组织工程方式构建软骨/骨复合组织,并在动物关节软骨缺损修复的体内实验中获得成功。
(7)制备可促进毛细血管化的多孔支架,带血管的长干骨缺损修复完成大动物实验。
(8)培养一批中青年人才(含研究生),争取一人获得杰出青年基金。
(9)申请发明专利不少于20项。
(10)发表SCI论文不少于100篇。
三、研究方案
(一)总体研究思路与技术途径:
我们组织这个项目以及设计技术途径的基本思路是:
1、紧扣应用
我们所抽提出的四方面的需求(促进心脏上皮包被的封堵器、促进腱骨愈合的人工韧带、促进原位毛细血管化的骨修复材料、利用不对称纳米修饰技术构建关节软骨与骨的复合组织)都是涉及应用的纳米问题,也是临床急需、又亟待解决的重要难题。也正由于我们希望最终解决部分实际问题,同时考虑到生物材料应用的周期特别长,因此从材料科学的角度,本项目的侧重点并不是发明新的基质材料,而是优先选择已经被FDA批准的植入材料作为基质材料。
本项目的材料创新的重点放在对既有基质材料的纳米改性而不是直接发展新的含有大量纳米颗粒的基质材料。这样做在材料创新性方面或许有一定的不足,但带来了三方面的益处:(1)避免了基质材料选择方面的风险,这对于体内植入的生物医用材料应用来说是十分重要的;(2)由于主要不采用游离纳米粒子,减小了纳米生物安全性这方面的风险;(3)可以更多地关注材料表面的“纳米”问题。
在封堵器研究方面,我们主要研究已经被证明具有良好形状记忆和超弹性的镍钛合金丝的编织物,其编织等工艺已经成熟、可以直接使用。在人工韧带方面,我们选择经临床应用证实的不可降解的特种PET编织纤维。
在软骨/骨组织工程双层支架方面,我们优先选择可降解的PLGA等脂肪族聚酯类多孔支架与可注射性高分子水凝胶的复合材料。需要说明的是,PLGA类材料虽然具有优异的力学性质、降解性质等综合性能,但是,其酸性降解产物近年来遭到了质疑,皮下埋植实验中有时也的确发生了无菌型炎症。但从动物体内实验结果看,植入关节腔内的情况就大不一样,估计是由于关节腔内的滑液丰富、使得酸性产物易于被稀释吸收所致。体外组