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磁刺激下FeO@ZIF-8纳米颗粒影响骨髓间充质干细胞的成骨分化

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中国组织工程研究 2024年

作者：陈品叡薛轶元裴锡波四川大学华西口腔医院口腔医学+前沿医学创新中心四川大学华西口腔医院华西院区修复科四川大学华西口腔医院锦江门诊修复科

背景：骨髓间充质干细胞在组织工程和骨再生中具有重要作用，然而如何促进骨髓间充质干细胞的成骨分化仍然是一个挑战。目的：探讨磁刺激下Fe3O4@ZIF-8纳米颗粒对骨髓间充质干细胞成骨分化的影响。方法：采用水热法合成沸石咪唑酯骨架（... 详细信息

背景：骨髓间充质干细胞在组织工程和骨再生中具有重要作用，然而如何促进骨髓间充质干细胞的成骨分化仍然是一个挑战。目的：探讨磁刺激下Fe3O4@ZIF-8纳米颗粒对骨髓间充质干细胞成骨分化的影响。方法：采用水热法合成沸石咪唑酯骨架（ZIF-8），采用一锅法合成具有磁性的Fe3O4@ZIF-8纳米颗粒（材料制备中分别加入2.5,5,10,20μg的Fe3O4），通过扫描电镜、X射线光电子能谱、X射线衍射、振动样品磁强计检测等对Fe3O4@ZIF-8纳米颗粒进行表征，筛选出合适的材料进行后续实验。提取4周龄SD大鼠骨髓间充质干细胞，分别与不同质量浓度（25,50,75,100,125μg/mL）的Fe3O4@ZIF-8纳米颗粒溶液共培养，CCK-8法检测细胞增殖，筛选出最佳的材料溶液质量浓度；筛选出材料溶液质量浓度后，施加磁刺激（磁场强度分别为0,50,100,150 MT）,CCK-8法检测细胞增殖，筛选出最佳的磁场强度与Fe3O4@ZIF-8纳米颗粒，用于骨髓间充质干细胞诱导分化实验。将SD大鼠骨髓间充质干细胞分别与ZIF-8、Fe3O4@ZIF-8、Fe3O4@ZIF-8（磁场干预）纳米颗粒溶液共培养，以单独培养的细胞为空白对照，成脂诱导后进行油红O染色，成骨诱导后进行碱性磷酸酶、茜素红染色与Runx2蛋白质量浓度检测。结果与结论：（1）扫描电镜下可见Fe3O4@ZIF-8纳米颗粒呈现十二面体结构，随着材料中Fe3O4含量的增加，纳米颗粒的粒径增大，选择粒径约250 nm（该粒径下的纳米颗粒功能性及生物安全性较稳定）的Fe3O4@ZIF-8纳米颗粒（材料制备中分别加入5,10μg的Fe3O4）进行后续实验。（2）CCK-8检测结果显示，在100 MT磁场作用下，50μg/mL的Fe3O4@ZIF-8纳米颗粒（材料制备中加入10μg的Fe3O4）能够显著促进骨髓间充质干细胞的增殖，选择该条件下的纳米颗粒进行骨髓间充质干细胞成骨诱导分化实验。（3）成骨诱导后，Fe3O4@ZIF-8（磁场干预）组骨髓间充质干细胞的碱性磷酸酶活性、细胞外基质矿化程度与Runx2蛋白质量浓度均高于其他3组（P<0.05）；成脂诱导后，Fe3O4@ZIF-8（磁场干预）组骨髓间充质干细胞的脂滴形成少于其他3组（P<0.05）。（4）结果表明，在特定的磁场条件下Fe3O4@ZIF-8纳米颗粒可以促进骨髓间充质干细胞的成骨分化。

关键词： Fe O @ZIF-8 磁性纳米颗粒磁刺激骨髓间充质干细胞成骨分化

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磁响应水凝胶在骨组织工程中的作用与优势

中国组织工程研究 2024年第3期28卷 452-457页

作者：陈品叡裴锡波薛轶元四川大学华西口腔医院修复科四川省成都市610041 口腔疾病研究国家重点实验室国家口腔疾病临床医学中心四川省成都市610041 四川大学华西口腔医院锦江门诊四川省成都市610041

背景:磁响应水凝胶在骨组织工程中具有极大的优势,有利于微创、高效地促进成骨。目的:阐述磁响应水凝胶在骨组织工程领域的应用进展。方法:检索PubMed、Web of Science、万方和中国知网数据库检索相关文献,英文检索词为“Magnetic Hydro... 详细信息

背景:磁响应水凝胶在骨组织工程中具有极大的优势,有利于微创、高效地促进成骨。目的:阐述磁响应水凝胶在骨组织工程领域的应用进展。方法:检索PubMed、Web of Science、万方和中国知网数据库检索相关文献,英文检索词为“Magnetic Hydrogels,Magnetic Nanoparticles,Superparamagnetic Nanoparticles,Fe3O4,SPIONs,Magnetic Fields,Bone Regeneration,Bone Repair,Bone Tissue Engineering”;中文检索词为“磁性水凝胶、磁性纳米粒子、超顺磁性氧化铁纳米粒、磁场、氧化铁纳米粒、骨再生、骨重建、骨修复、骨组织工程”,根据纳入与排除标准对所有文章进行初筛后,最终纳入60篇文章进行综述。结果与结论:①近年来由于磁性纳米粒子的出现,大量的磁响应支架材料被开发出来,其中,含有氧化铁纳米粒子和超顺磁性氧化铁纳米粒子的磁响应水凝胶力学性能突出、生物相容性良好,能够快速响应外部磁场,为种子细胞提供成骨所需的磁机械信号。②磁响应水凝胶可以作为载体精准调控生长因子的释放时机。③基于磁响应水凝胶的三维微环境培养平台下,磁响应水凝胶与细胞之间的界面磁力能够激活细胞表面敏感受体、增强细胞活性、促进新生骨质与宿主骨的整合。④可注射磁响应水凝胶能够应用于骨肿瘤的磁热疗以及生物成像领域。⑤目前,磁响应水凝胶有望模拟出天然骨组织中观察到的各向异性分层结构,然而关于磁响应水凝胶的研究大多集中于体外研究,与体内的局部微环境作用机制仍然不充分。⑥因此,目前基于磁性纳米粒子已经成功地应用于磁共振成像的示踪,未来有望在磁性纳米粒子的性能上优化,构建具有合适降解性能、机械性能和血管功能化的能够实时监测体内变化的磁响应水凝胶。

关键词：磁响应水凝胶磁性纳米颗粒氧化铁纳米颗粒超顺磁性氧化铁纳米颗粒磁场骨再生骨组织工程

3D打印水凝胶仿生结构修复运动系统的组织损伤

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中国组织工程研究 2024年第29期28卷 4703-4709页

作者：吴吉岑元朱舟裴锡波四川大学华西口腔医院修复科口腔疾病研究国家重点实验室国家口腔疾病临床医学研究中心四川省成都市610041

背景:创伤、炎症和肿瘤等因素常会造成运动系统各组织缺损,损伤包括骨、关节、骨骼肌以及伴行血管及神经,而临床上通常难以对涉及的所有组织功能损伤实现系统地修复,这为临床治疗带来了极大的挑战。目的:阐述3D打印的水凝胶仿生结构在... 详细信息

背景:创伤、炎症和肿瘤等因素常会造成运动系统各组织缺损,损伤包括骨、关节、骨骼肌以及伴行血管及神经,而临床上通常难以对涉及的所有组织功能损伤实现系统地修复,这为临床治疗带来了极大的挑战。目的:阐述3D打印的水凝胶仿生结构在运动系统组织损伤中的应用。方法:运用计算机检索中国知网、万方和PubMed数据库中2003-2023年发表的相关文献,以“3D printing,Hydrogel,Bone,Cartilage,Muscle,Nerve,Vasculature,Tissue engineering,Biomimetics”为英文检索词,以“3D打印,水凝胶,骨,软骨,肌,神经,脉管系统,组织工程,仿生结构”为中文检索词检索,并进行筛选、归纳与总结,最终纳入63篇相关文献进行综述。结果与结论:①3D打印水凝胶可以通过几种不同的方式实现,如直接3D打印、混合模式3D打印,或是通过打印中间模具来制造具有3D仿生结构的水凝胶,在目前的研究中,3D打印水凝胶仿生结构的制造工艺里应用最广泛的还是挤出式打印。②通过生物打印水凝胶可制造具有复杂灌注结构的仿生血管并可诱导形成生物相关、高度组织化及完整的血管。③可以利用生物打印技术,模仿天然骨的分级结构和功能,将水凝胶与不同类型的细胞和生长因子结合,制造出更接近天然骨组成与结构的组织工程支架,以更好地实现骨再生。④可通过在3D打印的水凝胶导管结构内加入不同纤维材料实现神经纤维结构仿生。⑤利用特定水凝胶模拟肌束结构或者制造整合了血管/神经的工程化肌组织仿生结构可在体内增强体积性肌肉损害模型修复。⑥综合目前的相关研究,接近细胞外基质特性的甲基丙烯酰化明胶常被考虑为3D打印各种组织仿生结构的水凝胶原材料,研究者们还会在其中加入不同的生长因子或者细胞进行生物打印来实现目标组织的修复。⑦3D打印水凝胶仿生结构的临床试验报道尚欠缺,说明此类材料的临床转化还需要经历一个长期过程,临床应用方面仍需完善,还需要更加全面的体内安全性评估。

关键词： 3D打印水凝胶组织损伤组织工程仿生结构脉管系统骨组织工程骨关节结构神经结构体积性肌肉损伤

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金属有机框架基水凝胶复合材料修复软硬组织损伤的潜力和优势

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中国组织工程研究 2024年第22期28卷 3583-3590页

作者：赵子沛王旭赵伟锋裴锡波口腔疾病防治全国重点实验室国家口腔医学中心国家口腔疾病临床医学研究中心四川大学华西口腔医院修复科四川省成都市610041 四川大学高分子科学与工程学院四川省成都市610065

背景:由于单纯水凝胶材料存在机械性能差、药物释放不稳定及功能单一等问题,近年来,研究者通过在水凝胶中引入金属有机框架制备了多种金属有机框架基水凝胶复合材料,并在软硬组织修复领域展现出巨大的潜力。目的:以金属有机框架在金属... 详细信息

背景:由于单纯水凝胶材料存在机械性能差、药物释放不稳定及功能单一等问题,近年来,研究者通过在水凝胶中引入金属有机框架制备了多种金属有机框架基水凝胶复合材料,并在软硬组织修复领域展现出巨大的潜力。目的:以金属有机框架在金属有机框架基水凝胶材料中的作用对该复合材料进行分类,进一步归纳其在软硬组织修复领域的研究进展,以期为后续对该复合材料合成机制和临床应用的深入研究提供思路与理论支持。方法:在Web of Science、PubMed、中国知网和万方数据库中,以“金属有机框架,水凝胶,组织工程,组织,骨再生,骨,伤口”为中文检索词,以“Metal organic frameworks,Hydrogels,Tissue engineering,Tissue,Bone regeneration,Bone,Wound”为英文检索词进行文献检索,检索时间范围为2000年1月至2023年8月。通过阅读文题和摘要进行初步筛选,排除中英文文献重复性研究及内容不相关的文献,经文献质量评价后,最后纳入73篇文献进行综述。结果与结论:(1)金属有机框架基水凝胶材料有效解决单纯水凝胶材料机械性能差、药物释放不稳定、功能单一的问题;(2)金属有机框架通过加强水凝胶交联、增强水凝胶药物递送能力和赋予水凝胶多种功能以提高水凝胶修复软硬组织能力;(3)在硬组织修复方面,在骨缺损、骨关节炎和骨软骨缺损等疾病的动物模型中表现出良好的修复效果,提示其在临床修复中具有潜在的应用前景;(4)在软组织修复方面,能发挥止血、抗菌、调节炎症状态、调节氧化应激状态及促进血管生成等多种功能,有效改善各类复杂伤口的微环境,促进软组织再生;(5)尽管金属有机框架基水凝胶材料具有许多优异的性能,但目前尚处于起步阶段,在向临床转化的过程中仍存在一些亟待解决的难题,例如金属有机框架的细胞毒性及金属有机框架的大规模合成等;(6)随着研究的进一步深入,金属有机框架基水凝胶材料在软硬组织修复领域具有广阔的应用前景。

关键词：金属有机框架水凝胶交联组织工程伤口硬组织修复软组织修复

金属有机骨架材料光热/光动力联合治疗的策略及进展

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中国组织工程研究 2024年

作者：陈小瑄裴锡波盖阔万乾炳四川大学华西口腔医学院修复科国家口腔医学中心国家口腔疾病临床医学研究中心口腔疾病防治全国重点实验室

背景：金属有机骨架(metal-organic frameworks,MOFs)是一种由金属节点和有机配体组成的新型多孔材料。部分MOFs自身即具备光热转化能力或光动力效应，亦可作为载体负载光热剂或光敏剂，在激光诱导下产生活性氧或升高温度发挥光疗作用... 详细信息

背景：金属有机骨架(metal-organic frameworks,MOFs)是一种由金属节点和有机配体组成的新型多孔材料。部分MOFs自身即具备光热转化能力或光动力效应，亦可作为载体负载光热剂或光敏剂，在激光诱导下产生活性氧或升高温度发挥光疗作用，被广泛应用于抗菌、抗肿瘤等生物医学领域。当MOFs同时具有这两种光疗作用时，可发挥协同治疗的效应，以弥补单独使用一种光疗方法的不足。目的：按照不同的结构总结目前提出的MOFs光热/光动力联合治疗策略，以期为联合治疗材料MOFs的结构设计、功能负载、临床应用场景提供新的思路。方法：以“金属有机骨架/金属有机框架，光动力治疗，光热治疗”为中文检索词，“Metal-organic frameworks,photodynamic therapy,photothermal therapy,phototherapy”为英文检索词，检索了PubMed、Web of Science、ScienceDirect、中国知网和万方数据库的文献，最终纳入76篇进行综述分析。结果与结论：(1)光热/光动力联合治疗可发挥相互增强的协同作用。(2)现有光热/光动力联合治疗策略主要包括了改性MOFs骨架赋予其光热、光动力效应，将光疗剂封装于MOFs，光疗剂与MOFs形成核壳结构，光疗剂在MOFs内原位还原，将光疗剂附着于MOFs表面以及热解MOFs以形成MOFs衍生的碳材料等其他特殊改性方法。(3)要构建特定的光疗MOFs结构，必须综合考虑光疗剂和MOFs的种类、尺寸、结合方式，选择不同的合成策略。封装结构合成过程简单，但仅适用于小粒径光疗剂；核壳结构稳定，但合成过程繁复；原位还原对光疗剂尺寸无特殊限制，但难以精确控制光疗剂在MOFs内部的生长；表面附着结构的合成步骤简便，但不能避免光疗剂提前聚集猝灭；热解MOFs合成条件要求高，且只有特定的MOFs才能实现。(4)现有的光热/光动力联合治疗策略主要被应用于抗菌、抗肿瘤治疗并表现出优异性能，具体的应用领域与光疗剂和MOFs自身的性质有关，还有部分用于类风湿性关节炎、抗凝溶栓治疗，其潜在应用场景十分广阔。(5)光热剂和光敏剂的临床转化目前仍处于起步阶段，其面临的关键挑战包括生物安全性评估激光照射参数的优化以及高效大规模合成方法的开发。

关键词：金属有机骨架光热治疗光动力治疗联合疗法抗菌抗肿瘤核壳结构封装原位还原

金属有机框架纳米药物载体胞吞途径的研究进展

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药学学报 2024年第5期59卷 1196-1209页

作者：王宇轩谢雯佳高会乐裴锡波四川大学华西口腔医院修复科口腔疾病防治全国重点实验室国家口腔医学中心国家口腔疾病临床医学研究中心四川成都610041 四川大学华西药学院靶向药物及释药系统教育部重点实验室四川成都610041

金属有机框架(metal-organic frameworks,MOFs)是一类以金属离子为结点,有机配体为连接桥,通过配位键形成的多维孔道网格结构的晶体材料,因其具有良好的理化性能,被广泛地应用于杀菌、载药、成像、检测等生物医学领域。纳米金属有机框架... 详细信息

金属有机框架(metal-organic frameworks,MOFs)是一类以金属离子为结点,有机配体为连接桥,通过配位键形成的多维孔道网格结构的晶体材料,因其具有良好的理化性能,被广泛地应用于杀菌、载药、成像、检测等生物医学领域。纳米金属有机框架(nanoscale metal-organic frameworks,nMOFs)作为常用药物载体,经过胞吞入胞能够获得更安全的靶向性及更优异的疗效。本文从粒径、形态、表面改性三大理化性质对nMOFs药物载体胞吞的影响因素进行综述,并以疾病类型为分类依据总结nMOFs胞吞途径最新研究进展,反思相关研究方法存在的不足。最后对未来的研究手段和研究目标进行展望,以期为nMOFs药物载体的合成与开发提供一定思路和借鉴意义。

关键词：金属有机框架药物载体胞吞纳米材料药物治疗

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抗氧化水凝胶材料在骨组织工程中的应用

实用口腔医学杂志 2022年第6期38卷 805-809页

作者：王旭吴楠(综述) 裴锡波(审校) 口腔疾病研究国家重点实验室国家口腔疾病临床医学研究中心四川大学华西口腔医院修复科成都610041

生理状态下活性氧在机体内发挥着重要的作用,但活性氧的过度积累会导致炎症状态,进而引起牙周炎、骨关节炎等多种疾病。水凝胶是一种具有3D交联网络的新型功能高分子材料,因其可调的机械强度、形态的可塑性、良好的生物相容性以及通用... 详细信息

生理状态下活性氧在机体内发挥着重要的作用,但活性氧的过度积累会导致炎症状态,进而引起牙周炎、骨关节炎等多种疾病。水凝胶是一种具有3D交联网络的新型功能高分子材料,因其可调的机械强度、形态的可塑性、良好的生物相容性以及通用的设计性,在促进骨再生领域已得到了广泛的应用。本文从发挥效用的不同抗氧化剂出发,系统回顾了基于清除活性氧的抗氧化水凝胶材料在骨组织工程中的应用的最新进展。

关键词：活性氧 ROS清除水凝胶骨再生组织工程

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不对称伤口敷料的研究进展与生物应用

中国组织工程研究 2023年第3期27卷 434-440页

作者：周洁裴锡波万乾炳四川大学华西口腔医院修复科四川省成都市610000

背景:使用伤口敷料对清创后的伤口进行保护已是许多学者的共识,但目前仍缺乏能模拟皮肤结构的理想多功能敷料。不对称伤口敷料能尽可能模拟天然皮肤结构,具有抗感染、促伤口渗出液排出等功能,有较大的潜力成为理想的伤口敷料。目的:总... 详细信息

背景:使用伤口敷料对清创后的伤口进行保护已是许多学者的共识,但目前仍缺乏能模拟皮肤结构的理想多功能敷料。不对称伤口敷料能尽可能模拟天然皮肤结构,具有抗感染、促伤口渗出液排出等功能,有较大的潜力成为理想的伤口敷料。目的:总结不对称敷料的最新研究进展及生物应用。方法:利用计算机在PubMed、Web of Science、中国知网、万方数据库中进行文献检索,英文检索关键词为“asymmetric dressing,wound asymmetric membrane,wound asymmetric film”,中文检索关键词为“不对称敷料,伤口不对称膜”,根据纳入排除标准对文章进行筛选,最终纳入53篇文献进行综述。结果与结论:不对称敷料除可仿生天然皮肤的不对称结构外,其致密疏水层还能防止外界细菌侵入,控制创面水汽交换,亲水层能负载并释放需要的药物,多孔结构也利于细胞的黏附增殖,进而促进伤口愈合;其不对称特性并不能显著影响敷料的物理性能,但不对称敷料常由多种材料复合而成,所得的敷料性能常优于单一材料。目前的不对称敷料依照结构特点可分为单层改性不对称敷料、双层不对称敷料、梯度不对称敷料3种类型,今后的研究还会赋予不对称敷料更多、更智能的功能,使其作为一种可能的理想伤口敷料进一步发展,解决目前传统敷料在临床运用中所面临的问题。

关键词：不对称敷料新型伤口敷料梯度敷料抗感染载药系统 Janus膜伤口愈合综述

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全解剖式氧化锆冠牙体预备原则的研究进展

中国现代医学杂志 2022年第13期32卷 69-74页

作者：赵林箫裴锡波王剑四川大学华西口腔医院四川成都610041

全冠修复是大面积牙体缺损最常用的修复方式。随着材料的发展,氧化锆陶瓷的出现解决了口腔传统全瓷材料强度不足的问题。全解剖式氧化锆冠(以下简称全锆冠)的机械性能比起传统玻璃陶瓷全冠已经有了很大的进步,但在临床应用时仍沿用烤瓷... 详细信息

全冠修复是大面积牙体缺损最常用的修复方式。随着材料的发展,氧化锆陶瓷的出现解决了口腔传统全瓷材料强度不足的问题。全解剖式氧化锆冠(以下简称全锆冠)的机械性能比起传统玻璃陶瓷全冠已经有了很大的进步,但在临床应用时仍沿用烤瓷冠或传统全瓷冠的牙体预备原则。已有研究表明,咬合面厚度为0.5 mm的全锆冠可以满足临床需求;但轴面预备量、牙合向聚合度、颈缘形态和宽度等方面相关文献报道有限且结论尚不统一。此外,随着透明氧化锆的快速发展,其牙体预备原则更缺乏统一的标准。因此,该文通过综述全锆冠的牙体预备原则的研究进展,为全锆冠的临床牙体预备提供参考。

关键词：全解剖式氧化锆冠氧化锆牙体预备断裂载荷边缘适合性