四川大学郭俊凌教授等人在生物质先进材料用于骨再生基因治疗上取得进展
首都医科大学江青松教授，第四军医大学杨国栋教授，四川大学郭俊凌教授联合国际团队（哈佛大学医学院、墨尔本大学、大阪医科大学）：利用层层自组装LbL技术，将siRNA-CTSK修饰的纳米金粒子通过生物基高分子材料组装到钛植体表面，构建分级纳米结构涂层，该图层能够缓释siRNA-CTSK至种植体周围单核细胞，抑制其破骨分化，同时改变细胞分泌特征，协同促进钛植体周围骨骼和血管组织再生。
种植体植入治疗是临床骨损伤修复和口腔牙缺失最常见的治疗方式。骨-种植体结合能力减弱，成为骨质疏松等患者种植体治疗效果不佳的主要制约因素。需要理想的细胞和基因靶点，并进行高效、特异的靶向递送是解决上述问题的关键。
研究团队首先将多功能靶向作用的siRNA偶联到纳米金粒子表面，然后将上述修饰的纳米金颗粒可以通过层层组装LbL技术，包裹在钛植体表面，从而构建了多级纳米结构涂层（图1）。该组装技术基于全生物基构建材料，实现了高度生物相容性。通过进一步体内外实验证实，该多层级纳米涂层能够将siRNA修饰的纳米金颗粒高效、特异地缓释到种植体周围的单核细胞。
图1. 基于高生物相容性自组装涂层的siRNA-纳米颗粒形成分级纳米结构种植体涂层
在接下来的实验中，研究人员根据Cathepsin K（CTSK）生物学功能及其在破骨细胞及破骨前体细胞中特异性表达的特点，选取CTSK为分子干预靶点，通过上述层层自组装纳米图层技术将siRNA-CTSK金颗粒负载于种植体表面。在此基础上，利用卵巢切除(OVX)大鼠等动物模型，证实了课题组创建的纳米图层能够有效干预种植体周围破骨（前体）细胞CTSK表达，改变细胞旁分泌组分，进而协同促进血管再生和骨再生（图2）。
图2. 纳米涂层钛植入物对骨质疏松大鼠模型的体内综合治疗
区别于传统之间增强间充质细胞成骨功能或抑制破骨细胞的破骨功能，本研究以破骨细胞及其前体细胞的分泌功能为靶点；此外，本研究通过在种植体表面进行纳米颗粒图层改构，实现局部高效、特异地靶向递送，避免了系统性的毒副作用。上述研究靶点和递药策略的创新，为再生医学的发展提供了一个新思路。
首都医科大学邢鹤琳为文章的第一作者，山西医科大学王兴为文章的共同第一作者，首都医科大学江青松教授，第四军医大学杨国栋教授，四川大学郭俊凌教授为文章的共同通讯作者。特别感谢国家自然科学基金、国家“千人计划”青年项目、四川大学“双一流”项目基金等给予的资助和支持。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.119784
课题组简介：
四川大学郭俊凌教授：国家特聘青年专家，四川大学“双百人才”海外高层次引进特聘教授，博士生导师，墨尔本大学化学与分子生物学博士。曾任职于美国哈佛大学Wyss仿生工程研究中心特聘研究员。于墨尔本大学国际著名材料化学家Frank Caruso教授（英国皇家科学院院士，澳大利亚科学院、工程院双院院士）课题组获博士学位。哈佛大学期间于Samir Mitragotri教授（美国工程院、美国医学院双院院士）课题组开展研究。依托四川大学国家“双一流”重点建设学科，课题组构建了生物质先进材料与纳米界面研究中心（BMI Center）。研究方向主要涉及“金属多酚网络MPNs”先进材料的研究与工程应用、皮胶原生物质转化利用、生物质界面前沿科学的研究和应用开发，致力于环境科学与工程、先进生物医学工程等前沿领域的基础及工程研究。近年来，BMI相关研究在Science《科学》、Nature Nanotechnology《自然-纳米技术》、Energy & Environmental Sciences《能源与环境工程》、Angewandte Chemie《德国应用化学》等国际顶级期刊上发表，并被多家国际著名新闻媒体报道，包括EurekAlert!、Harvard Gazette、ChemViews Magazine、Phy.org、德国之音等，同时多项突破性研究也被F1000评为领域重大研究，被Nature Nanotechnology、Nature Biotechnology、Nano Today等学科顶级杂志选为特别专题与研究热点。四川大学生物质先进材料与纳米界面研究中心网址：https://www.nanobiomass.com/。
第四军医大学杨国栋教授：第四军医大学特聘研究员，空军高层次人才，硕士生导师。主要从事基因表达调控及靶向干预策略研究，先后主持国家自然科学基金3项、陕西省自然科学基金1项。在寻找疾病相关RNA代谢异常的药物靶标、优化核酸药物的加载与缓释系统、创建基因药物靶向递送策略和疗效评价等方面，取得系列进展。获国家发明专利2项，以第一或通讯作者在Gastroenterology、Nano Letters、Biomaterials、Theranostics、J Controlled Release、Mol Ther-Nucl Acids等国际知名杂志发表SCI收录论文30余篇。
首都医科大学江青松教授：主任医师，教授，博士研究生导师。中华口腔医学会第七届口腔修复学专业委员会副主任委员。2006-2008 年负责完成北京市自然科学基金课题《咬合支持丧失对老年人认知功能影响的初步研究》，2008-2012年负责完成国家自然科学基金课题《咬合支持丧失对认知功能损害发生发展的影响及干预研究》，2014-2017年负责完成国家自然科学基金面上项目《咬合支持丧失对伴有慢性脑缺血的认知功能损害的影响及机制研究》，2018年负责国家自然科学基金面上项目《咬合支持丧失通过胶质细胞网促进认知神经元退变的作用机制研究》。以第一作者和通讯作者在口腔领域和相关医学领域杂志Archives of Oral Biology、J Adhes Dent.、Behav Brain Res、Mol Biol Rep等发表多篇论文。
相关进展
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