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我校课题组与上海交大医学院附属九院课题组联合开发新型仿生骨修复材料

来源:澳门金沙娱乐城创建者:时间:2020-07-09浏览次数:215

我校杨大鹏教授课题组与上海交通大学医学院附属第九人民医院眼科范先群教授课题组合作,开发一种蛋壳来源的新型骨修复纳米材料,该材料具有环保、仿生、骨诱导的特性,为骨组织工程支架材料的开发提供思路。近日,国际知名学术期刊《Chemical Engineering Journal》(IF 10.652)在线发表了这一研究成果,论文题为“Integrating eggshell-derived CaCO3/MgO nanocomposites and chitosan into a biomimetic scaffold for bone regeneration”。

在人们的日常生活中,每天都有大量的蛋壳垃圾产生。蛋壳广泛的可及性、优越的生物物理特性赋予其在催化、能源和医药领域的重要价值。作为一种主体成分为碳酸钙的天然材料,蛋壳中富含的Mg、P、Si、Sr、Na等微量元素在促进血管生成和成骨方面也发挥着重要作用,而其在骨再生领域中的应用研究甚少开展。基于此,范先群教授带领的眼眶骨修复研究团队和杨大鹏教授带领的生物纳米材料研发团队提出蛋壳颗粒或可作为一种生物填料,将其改性后掺入羧甲基壳聚糖(carboxymethyl chitosan, CMC)交联制备仿生型的骨修复材料。

在充分考虑了Mg在成骨中的重要作用及其应用弊端后,研究团队决定选择MgO纳米材料作为提高本复合材料的突破口。通过简单的浸渍和煅烧法合成了MgO纳米粒子改性的蛋壳微晶体(CaCO3/MgO),并利用化学交联将CaCO3/MgO和BMP2复合到CMC基体中制备了仿生支架;随后测定了复合支架的生物相容性和矿化能力,并从分子水平、细胞水平和动物水平对复合支架的骨诱导性进行了系统评价和机制分析。研究结果表明:新型复合CaCO3/MgO/CMC/BMP2支架的杨氏模量和抗压强度均高于CMC支架;细胞实验证实该支架具有显著的矿化能力和骨向分化诱导性;在此基础上,大鼠颅骨骨缺损修复实验表明,新型复合支架具有良好的骨缺损修复效果;对该材料促成骨分化机制的分析表明,复合支架释放的Mg2+离子和BMP2可以激活ERK1/2和Akt途径的磷酸化,从而实现多途径协同促进成骨。本项研究旨在开发一种具有生物活性的仿生支架,从而为骨缺损修复治疗提供新的思路。

发表相关论文的期刊《Chemical Engineering Journal》是工程技术类领域著名刊物。文章的第一作者是黄雅琢和季雍容博士,通讯作者是杨大鹏、阮静及范先群教授。

我国是禽蛋生产和消费大国,仅鸡蛋壳的产量就能达到300多万吨。这些鸡蛋壳被长期作为一种垃圾,污染了环境,浪费了资源。蛋壳的主要成分是碳酸钙,是一种重要的工业原料。如能将这些废弃的生物资源进行转化和开发,将是一笔巨大的财富。

杨大鹏教授团队长期致力于生物质资源高效转化与利用、农林及海洋产物加工与转化的研究工作。近年来,针对沿海地区大量的海蛎壳和食品工业产生的废弃鸡蛋壳造成的资源浪费和环境污染问题,利用纳米技术对其进行表面化修饰从而使材料具有抗菌、催化、吸附、促骨生长等功能,实现这些低值材料在环境、医学、传感、工业等领域的高值化利用。发表蛋壳相关的高水平论文10余篇,申请多项发明专利并授权,并与泉州旭丰粉体原料公司合作建立中试基地,年产高性能粉体万吨以上,为企业带去了明显的经济和社会效益。(综合)