Advanced Materials | 創(chuàng)新納米限域策略實(shí)現(xiàn)氨硼烷在骨植入物表面的可控水解與氫氣釋放,用以治療糖尿病條件下的骨損傷
中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院王國成研究員團(tuán)隊聯(lián)合空軍軍醫(yī)大學(xué)口腔醫(yī)院孔亮教授團(tuán)隊、常州大學(xué)趙曉兵教授團(tuán)隊,近日在國際學(xué)術(shù)期刊Advanced Materials發(fā)表題為"Nanoconfinement of Ammonia Borane via Hybrid-Phased Titanate Nanocrystals Enables Sustained H2?Release for Diabetic Bone Repair"的研究論文。該研究針對糖尿病患者骨植入失敗率高的臨床難題,開發(fā)了新型納米限域氫氣遞送系統(tǒng)。
糖尿病患者骨植入失敗率高的主要?dú)w因于長期高糖環(huán)境引發(fā)的高氧化應(yīng)激,導(dǎo)致骨再生持續(xù)受抑。氫氣雖在抗炎抗氧化方面具有生物醫(yī)學(xué)潛力,但現(xiàn)有遞送方式存在局部供應(yīng)不足、無法與植入物整合等缺陷。氨硼烷(AB)作為高效儲氫前藥,其快速水解導(dǎo)致的氫氣泡生成和細(xì)胞毒性嚴(yán)重制約生物應(yīng)用。
研究團(tuán)隊創(chuàng)新性提出單端錨定對接(OEAD)策略,通過等離子噴涂與水熱反應(yīng)在鈦合金表面構(gòu)建HyPT多級微納結(jié)構(gòu),結(jié)合鎂離子負(fù)載成功制備AB@HyPT-Mg材料。該設(shè)計實(shí)現(xiàn)三大突破:1)通過限域效應(yīng)調(diào)控AB溫和水解,氫氣可持續(xù)釋放11天以上;2)阻隔AB分子與炎癥微環(huán)境過氧化氫的毒性反應(yīng);3)協(xié)同鎂離子促進(jìn)神經(jīng)血管化骨再生。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證顯示,該材料可顯著降低糖尿病微環(huán)境的ROS水平,并在正常血糖模型中保持促骨再生能力。
現(xiàn)有納米限域策略主要關(guān)注氨硼烷的快速產(chǎn)氫,而本研究首次將納米限域策略應(yīng)用于調(diào)控AB的緩慢水解,并將其整合到醫(yī)用植入材料的氫氣遞送系統(tǒng)中,突破了傳統(tǒng)氫氣治療技術(shù)的局限性,為糖尿病骨缺損修復(fù)提供了新的解決方案。團(tuán)隊指出,該技術(shù)未來可通過調(diào)控H2與金屬離子協(xié)同釋放,拓展至神經(jīng)修復(fù)及抗衰老醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。
論文通訊作者為中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院王國成研究員、空軍軍醫(yī)大學(xué)口腔醫(yī)院孔亮教授和常州大學(xué)趙曉兵教授。第一作者包括張圓助理研究員(王國成團(tuán)隊)、劉富偉副教授(孔亮團(tuán)隊)和楊明剛助理研究員(王國成團(tuán)隊)。研究獲得國家自然科學(xué)基金、深圳市科技計劃項目、深圳市發(fā)改委及陜西省重點(diǎn)研發(fā)計劃等資助,并得到中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院潘浩波研究員及波蘭波茲南密茨凱維奇大學(xué)Emerson Coy教授、Karol Za?eski助理教授等專家的學(xué)術(shù)支持。

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