西南交大鲁雄/谢超鸣团队：具有免疫调节能力的聚多巴胺介导氧化石墨烯和纳米羟基磷灰石复合电活性支架加速糖尿病牙周骨再生

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在糖尿病条件下的牙周骨缺损修复再生是一个巨大的挑战。贻贝启发的聚多巴胺（PDA）在材料和生物科学领域具有巨大的科研和应用价值。PDA修饰的纳米颗粒具有良好的水分散性、生物相容性和细胞粘附性。PDA是一种很有前途的抗氧化剂，通过清除活性氧和下调炎症介质来降低氧化应激，保护细胞免受过量活性氧的毒性影响。同时，PDA具有免疫调节能力。

基于PDA介导的材料修饰手段和其生物学特性，近日，西南交通大学的鲁雄教授、谢超鸣研究员团队、四川大学的赵志河教授、王军教授团队，开发了一种包含PDA还原氧化石墨烯（PGO）和PDA修饰羟基磷灰石纳米颗粒（PHA）的仿贻贝多功能电活性海藻酸盐/明胶（AG）支架（图1a–c）。PHA和PGO NPs能够与高分子网络发生多重物理化学作用，赋予了支架良好的力学性能和导电性能；且PHA和PGO NPs为支架带来丰富的邻苯二酚基团，赋予支架良好的细胞粘附性。支架的电活性和细胞粘附性协同促BMSCs成骨分化（图1e）。邻苯二酚基团赋予支架的ROS清除能力和对巨噬细胞的粘附能力使支架具有免疫调节性能，通过减少M1型巨噬细胞，增加M2型巨噬细胞极化并分泌促成骨相关细胞因子促BMSCs成骨分化（图1f）。通过转录组测序探究支架调控巨噬细胞极化的机制，发现该支架调控巨噬细胞极化主要依赖于糖酵解通路和RhoA/ROCK信号通路（图2）。图1 用于糖尿病牙周骨缺损再生的具有多功能特性的PGO-PHA-AG支架合成示意图。（a）PHA合成示意图。（b）PGO合成示意图。（c）物理化学双交联PGO-PHA-AG支架网络中的相互作用方式。（d）糖尿病牙周微环境中ROS、M1型巨噬细胞和炎性因子过度表达。（e）该支架促进细胞粘附，将内源性电信号传递给细胞，进而激活钙离子通道。（f）PDA的细胞粘附能力和ROS清除能力赋予支架免疫调节能力，降低巨噬细胞向M1型方向极化，促进巨噬细胞向M2型巨噬细胞方向极化并分泌成骨相关细胞因子。（g）支架的电活性和免疫调节能力协同促进糖尿病牙周骨缺损再生。

图2 PGO-PHA-AG支架上巨噬细胞极化机制示意图。

该项成果以”Polydopamine-mediated graphene oxide and nanohydroxyapatite-incorporated conductive scaffold with an immunomodulatory ability accelerates periodontal bone regeneration in diabetes”为题在线发表于《Bioactive Materials》。论文第一作者为四川大学华西口腔医学院在读博士研究生李亚祯，通讯作者是西南交通大学的鲁雄教授、谢超鸣研究员团队、四川大学华西口腔医院的赵志河教授和王军教授团队。论文第一单位为四川大学华西口腔医学院。该研究得到了国家自然科学基金、四川大学华西口腔医院探索与研发项目等基金支持。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452199X22001384

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