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西南交大魯雄/謝超鳴團隊《Bioact. Mater.》:具有免疫調(diào)節(jié)能力的聚多巴胺介導(dǎo)氧化石墨烯和納米羥基磷灰石復(fù)合電活性支架加速糖尿病牙周骨再生
2022-04-18  來源:高分子科技

  在糖尿病條件下的牙周骨缺損修復(fù)再生是一個巨大的挑戰(zhàn)。貽貝啟發(fā)的聚多巴胺(PDA)在材料和生物科學(xué)領(lǐng)域具有巨大的科研和應(yīng)用價值。PDA修飾的納米顆粒具有良好的水分散性、生物相容性和細胞粘附性。PDA是一種很有前途的抗氧化劑,通過清除活性氧和下調(diào)炎癥介質(zhì)來降低氧化應(yīng)激,保護細胞免受過量活性氧的毒性影響。同時,PDA具有免疫調(diào)節(jié)能力。


  基于PDA介導(dǎo)的材料修飾手段和其生物學(xué)特性,近日,西南交通大學(xué)的魯雄教授、謝超鳴研究員團隊、四川大學(xué)的趙志河教授、王軍教授團隊開發(fā)了一種包含PDA還原氧化石墨烯(PGO)和PDA修飾羥基磷灰石納米顆粒(PHA)的仿貽貝多功能電活性海藻酸鹽/明膠(AG)支架(圖1a–c)。PHA和PGO NPs能夠與高分子網(wǎng)絡(luò)發(fā)生多重物理化學(xué)作用,賦予了支架良好的力學(xué)性能和導(dǎo)電性能;且PHA和PGO NPs為支架帶來豐富的鄰苯二酚基團,賦予支架良好的細胞粘附性。支架的電活性和細胞粘附性協(xié)同促BMSCs成骨分化(圖1e)。鄰苯二酚基團賦予支架的ROS清除能力和對巨噬細胞的粘附能力使支架具有免疫調(diào)節(jié)性能,通過減少M1型巨噬細胞,增加M2型巨噬細胞極化并分泌促成骨相關(guān)細胞因子促BMSCs成骨分化(圖1f)。通過轉(zhuǎn)錄組測序探究支架調(diào)控巨噬細胞極化的機制,發(fā)現(xiàn)該支架調(diào)控巨噬細胞極化主要依賴于糖酵解通路和RhoA/ROCK信號通路(圖2)。


 

圖1 用于糖尿病牙周骨缺損再生的具有多功能特性的PGO-PHA-AG支架合成示意圖。(a)PHA合成示意圖。(b)PGO合成示意圖。(c)物理化學(xué)雙交聯(lián)PGO-PHA-AG支架網(wǎng)絡(luò)中的相互作用方式。(d)糖尿病牙周微環(huán)境中ROS、M1型巨噬細胞和炎性因子過度表達。(e)該支架促進細胞粘附,將內(nèi)源性電信號傳遞給細胞,進而激活鈣離子通道。(f)PDA的細胞粘附能力和ROS清除能力賦予支架免疫調(diào)節(jié)能力,降低巨噬細胞向M1型方向極化,促進巨噬細胞向M2型巨噬細胞方向極化并分泌成骨相關(guān)細胞因子。(g)支架的電活性和免疫調(diào)節(jié)能力協(xié)同促進糖尿病牙周骨缺損再生。

 


圖2 PGO-PHA-AG支架上巨噬細胞極化機制示意圖。

 

  該項成果以”Polydopamine-mediated graphene oxide and nanohydroxyapatite-incorporated conductive scaffold with an immunomodulatory ability accelerates periodontal bone regeneration in diabetes”為題在線發(fā)表于《Bioactive Materials》。論文第一作者為四川大學(xué)華西口腔醫(yī)學(xué)院在讀博士研究生李亞禎,通訊作者是西南交通大學(xué)的魯雄教授、謝超鳴研究員團隊、四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院的趙志河教授和王軍教授團隊。論文第一單位為四川大學(xué)華西口腔醫(yī)學(xué)院。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院探索與研發(fā)項目等基金支持。

 

  論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452199X22001384

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