核酸适配体功能化的双面材料应用于膝关节修复

膝关节损伤是日常生活中常见的一类组织损伤性疾病,如果得不到及时有效治疗,将有可能造成肢体残疾的严重后果。目前,将外源干细胞移植入体内再刺激其定向分化从而实现膝关节修复已经成为研究的热点。但是,由于干细胞不具备靶向识别作用且而导致其不能有效到达膝关节缺损部位,因此体外系统注射外源干细胞不能高效实现膝关节修复。除此之外,由于膝关节部位由软骨及软骨下骨两种具有不同的组成成分、代谢能力与再生能力的组织组成,因此需要针对它们的特异性需求构建不同的支架材料对骨-软骨单元进行同时修复。但是,目前还没有研究报道解决此问题。因此,开发一种具有靶向识别并诱导富集自身干细胞功能的双面支架材料是一种好的解决办法。

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膝关节由软骨及软骨下骨(骨软骨单元)组成。膝关节损伤会导致其机械性能的改变,进而引起骨结构的变化,从而造成骨关节炎,最终将会导致残疾。因此,实现整个骨软骨单元的完整修复是非常重要的。目前,要实现骨软骨再生,还存在一些挑战性问题。首先是如何将组织再生的必需物质—间充质干细胞招募至膝关节缺损部位;其次是如何实现两种不同结构性质的组织—软骨及骨的同时修复。武汉大学化学院袁荃教授和武汉大学口腔医学院张玉峰教授合作开发了一种基于石墨烯的双面材料。这种双面材料由两种具有不同结构和性质的单元组成,上部分支架材料针对软骨组织,可以诱导干细胞向软骨细胞定向分化;下部分材料针对骨组织,可以诱导干细胞向成骨细胞定向分化且具备成骨矿化能力。由于材料表面富含羧基等官能团,在其表面修饰对间充质干细胞具有特异识别功能的核酸适配体之后,这种识别分子功能化的双面材料可以选择性地将间充质干细胞诱导富集至膝关节缺损部位。小鼠体内结果表明他们开发的这种功能化双面材料具备优异的膝关节修复能力。

该工作开发了一种具有干细胞富集功能的双面材料,解决了膝关节修复中的两个挑战性问题。 我们相信此项研究将会为基于无细胞支架材料(cell-free scaffold)的组织工程研究开辟一条新的道路,并将进一步拉近实验室基础理论研究与临床实际应用的距离。 相关论文发表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201605235)上

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