《AM》大連理工大學(xué)/重慶醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院：“診療一體”邏輯的智能水凝膠，精準(zhǔn)響應(yīng)病理微環(huán)境、協(xié)調(diào)骨免疫級聯(lián)促進(jìn)糖尿病骨再生
目前，糖尿病骨缺損的再生仍然具有挑戰(zhàn)性，因其愈合環(huán)境受到諸如血糖波動(GF)、活性氧 (ROS) 和基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)等病理因素的復(fù)雜影響。因此，大連理工大學(xué)王華楠教授團(tuán)隊聯(lián)合重慶醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院季平教授/陳陶研究員團(tuán)隊通過設(shè)計由苯硼酸交聯(lián)的聚乙烯醇和明膠膠體組成的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠，開發(fā)了一種結(jié)合“診斷”和“治療”雙重功能的邏輯智能型水凝膠。該水凝膠通過“診斷”糖尿病骨創(chuàng)傷微環(huán)境中的3種病理信號(GF、ROS、MMPs)，針對性的自主釋放蛋白因子藥物以實現(xiàn)“治療”作用，從而編程控制不同藥物的釋放以匹配免疫-骨化級聯(lián)，最終為糖尿病患者的骨愈合臨床難題提供全新的解決方案。同時，該水凝膠表現(xiàn)出理想的生物力學(xué)性能、流變學(xué)特性以適應(yīng)骨缺損的局部復(fù)雜性、及可注射可塑形性等優(yōu)異的臨床操作性。此外，其骨免疫調(diào)節(jié)的機(jī)制得到部分闡明：通過恢復(fù)受損線粒體功能，降調(diào)氧化應(yīng)激并重塑內(nèi)源性抗氧化體系，從而調(diào)節(jié)骨免疫級聯(lián)。該“診斷-治療一體”邏輯智能水凝膠的應(yīng)用為復(fù)雜病理微環(huán)境下智能水凝膠的應(yīng)用和其生物學(xué)機(jī)制探索提供了策略參考。
圖1.基于“診斷”和治療邏輯的水凝膠的設(shè)計原理以及 HIB 通過重編程免疫 - 骨質(zhì)級聯(lián)誘導(dǎo)糖尿病骨再生的機(jī)制示意圖。
圖2. 由 PVA 和明膠膠體網(wǎng)絡(luò)組成的復(fù)合水凝膠的結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能。
圖3. 模擬 DM 微環(huán)境中復(fù)合水凝膠的降解和藥物釋放動力學(xué)的體外評估。
圖4. BMDMs 和 MC3T3-E1 細(xì)胞的共培養(yǎng)顯示了 DM 中 HIB對藥物釋放的邏輯調(diào)節(jié)。采用單純明膠膠體水凝膠用作非智能材料對照。直接接種在組織培養(yǎng)板 (TCP) 上的細(xì)胞用作空白對照。
相關(guān)論文以題為A Logic-based Diagnostic and Therapeutic Hydrogel with Multi-stimuli Responsiveness to Orchestrate Diabetic Bone Regeneration發(fā)表在《Advanced Materials》上。第一作者為李帝澤/陳楷文，通訊作者為大連理工大學(xué)王華楠教授、重慶醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院陳陶研究員、副主任醫(yī)師。本研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃（No.2018YFA0703000）、國家自然科學(xué)基金面上項目（32071362,31871464,31870957）的經(jīng)費(fèi)支持。
參考文獻(xiàn)：doi.org/10.1002/adma.202108430
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