創(chuàng)傷、感染、腫瘤等造成的大面積骨缺損嚴(yán)重危害人類健康和生活質(zhì)量。在臨床治療中，基于原位成骨的理念，發(fā)展高成骨活性骨修復(fù)支架基質(zhì)材料是臨床治療大面積骨缺損的有效方案。從能量供應(yīng)和物質(zhì)合成轉(zhuǎn)化角度，研發(fā)能夠驅(qū)動(dòng)骨再生合成代謝進(jìn)而加速成骨作用的創(chuàng)新生物材料，是骨組織工程與再生的新興方向之一。
9月5日，深圳理工大學(xué)張鵬教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合清華大學(xué)陳國(guó)強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)，以及北京大學(xué)口腔醫(yī)院張旭助理教授團(tuán)隊(duì)在Cell Press出版社旗下期刊Trends in Biotechnology上在線發(fā)表題為“Metabolically activated energetic materials mediate cellular anabolism for bone regeneration”的研究成果。
文章上線截圖
該研究通過多組學(xué)測(cè)序，同位素示蹤以及多種動(dòng)物模型解析了生物共聚酯P(3HB-co-4HB)促進(jìn)骨再生的作用機(jī)理，發(fā)現(xiàn)P(3HB-co-4HB)植入體內(nèi)后通過降解產(chǎn)生三羥基丁酸（3HB）作為內(nèi)源性生物能量原料來源，增強(qiáng)細(xì)胞合成代謝，提高ATP的產(chǎn)生，促進(jìn)人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(hBMSCs)向成骨細(xì)胞分化和EA.hy926細(xì)胞類毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)形成。
此外，3HB通過TCA循環(huán)代謝成檸檬酸鹽，從而促進(jìn)hBMSCs成骨分化過程中含檸檬酸鹽的磷灰石合成，并最終以檸檬酸鹽的形式參與了新生骨天然成分的形成?；谝陨系难芯砍晒?，團(tuán)隊(duì)提出了“代謝激活能量材料（MAM）”的學(xué)術(shù)理論。該理論有助于基于再生代謝微環(huán)境的適配MAM材料設(shè)計(jì)和研發(fā)轉(zhuǎn)化，可為再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展提供新的思路。
研究示意圖
張鵬教授為該論文的第一通訊作者，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院助理研究員李健博士，以及陳國(guó)強(qiáng)教授、張旭助理教授為該論文的共同通訊作者，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院為該論文的第一完成單位。香港中文大學(xué)秦嶺教授對(duì)論文修改給出了建設(shè)性意見。
基于該研究的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，張鵬課題組也積極和產(chǎn)業(yè)對(duì)接，該項(xiàng)目先后獲得深圳市創(chuàng)新南山2021“創(chuàng)業(yè)之星”創(chuàng)新大賽三等獎(jiǎng)、第二屆“率先杯”未來技術(shù)創(chuàng)新大賽優(yōu)勝獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)，體現(xiàn)了新型代謝激活能量材料的良好轉(zhuǎn)化價(jià)值和臨床應(yīng)用前景。本研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委重大研究計(jì)劃培育項(xiàng)目、廣東省重點(diǎn)項(xiàng)目、深圳市科技局國(guó)際合作等項(xiàng)目的支持。
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