生物材料周刊 | 再生医学、水凝胶、牙齿美白、DNA技术、3D打印技术前沿技术每周精选(第3期)
奇物论 2020-03-24

以医疗为目的,用于诊断、治疗、修复或替换人体组织器官或增进其功能的材料被称为生物材料。

 

下面,奇物论编辑部对于上周部分生物材料的报道进行收集,总共为10篇,供大家学习交流。


本期生物材料周刊主要内容有:

一.  3D打印

二.  组织再生

三.  DNA纳米技术

四.  水凝胶

五.  其它


其中,编辑部重点推荐阅读的有:

1. 硅酸盐所Science Advances:仿骨支架用于骨骼再生中的多细胞递送

2. 郭俊凌等Biomaterials封面:多层自组装纳米结构促进骨再生和血管再生

3. 另辟蹊径丨中国科学家发明牙齿美白新策略!

一.3D打印

 

1.  Science Advances: 3D打印仿骨支架用于骨骼再生中的多细胞递送

 

组织工程支架的结构与功能的整合对于模拟天然骨组织具有重要意义。然而,层次结构的复杂性、对力学性能的要求以及骨常驻细胞的多样性是构建仿生骨组织工程支架的主要挑战。于此,中国科学院上海硅酸盐研究所吴成铁等人利用基于数字激光处理(DLP)的3D打印技术,成功制备了一种具有完整层次哈弗氏骨结构的哈弗氏仿骨支架。

 

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ZhangM, et al. 3D printing of Haversian bone–mimicking scaffolds formulticellular delivery in bone regeneration. Science Advances.2020;6(12):eaaz6725.

https://doi.org/10.1126/sciadv.aaz6725

 

2.  AHM:皮层神经元在3D打印增强基质中形成功能神经元网络

 

神经回路的损伤是多发性神经发育和神经退行性疾病的基础。3D细胞培养模型增加了体外系统的复杂性,并提供了比2D培养更接近自然情况的微环境。这种新的模型系统将允许评估神经元网络的形成及其在疾病条件下的功能障碍。有鉴于此,德国维尔茨堡大学医院Carmen Villmann等研究人员,小鼠皮层神经元从胚胎E17天开始在纤维增强的基质中培养。

 

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DieterJanzen, et al. Cortical Neurons form a Functional Neuronal Network in a 3DPrinted Reinforced Matrix. Advanced Healthcare Materials, 2020.

DOI:10.1002/adhm.201901630

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adhm.201901630

 

二.组织再生

 

3. Biomaterials:多层自组装纳米结构促进骨再生和血管再生


四川大学郭俊凌教授课题组联合第四军医大学杨国栋教授、首都医科大学江青松教授课题组利用层层自组装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,为骨修复的先进基因治疗提出了重要理论基础。


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4.  Adv. Sci.:负载胸腺肽β4二聚体的纳米纤维用于促进衰老体肌动脉再生

 

非血栓性和顺应性动脉的再生,特别是在衰老的身体中,仍然是一个主要的外科挑战,主要是由于对促进动脉再生的主要细胞来源的认识不足,以及移植物中传递的多肽生物活性不足。使用生物降解弹性体支架的超薄纳米纤维鞘具有开放的通道和减少的材料残留,能够实现快速的细胞招募和宿主重塑。在此,第四军医大学Cun Zhang、Wei Wu等人将人工DTβ4加入快速降解血管移植物的超薄鞘中,为充分的肌肉重塑创造了一个有效的界面,从而为血管替换提供了一个强大的工具。


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WanliChen, et al. Dimeric Thymosin β4 Loaded Nanofibrous Interface EnhancedRegeneration of Muscular Artery in Aging Body through Modulating PerivascularAdipose Stem Cell–Macrophage Interaction, Adv. Sci.,2020.

DOI:10.1002/advs.201903307

https://doi.org/10.1002/advs.201903307

 

三.DNA纳米技术

 

5.  Anal.Chem:仿生骨架核酸用于捕获和成像活细胞中的miRNAs生物标志物

 

对细胞内microRNA (miRNA)进行定量对于疾病的诊断和预后至关重要。目前研究所面临的一大挑战是如何开发能够在超低量和宽浓度范围内检测多重miRNA的方法。受章鱼触手的启发,北京科技大学董海峰教授提出了一种框架核酸(FNA)捕获技术,用于对活细胞中miRNAs癌症生物标志物进行敏感、快速和多路成像。


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FanYang. et al. Bioinspired Framework Nucleic Acid Capture Sensitively and Rapidlyesolving MicroRNAs Biomarkers in Living Cells. Analytical Chemistry. 2020

DOI:10.1021/acs.analchem.9b05304

http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.9b05304

 

6.  Small:基于DNA折纸的配体-药物结合物靶向给药工程

 

能够系统地和选择性地将有效载荷运送到疾病细胞的有效药物递送系统仍然是一个挑战。在此,北京大学吕华、上海交通大学Qian Li等人报道了一种靶向配体修饰的DNA折纸纳米结构(DON)作为抗体-药物结合物(ADC)样载体用于前列腺癌的靶向治疗。

 

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ZhileiGe, et al. DNA Origami-Enabled Engineering of Ligand–DrugConjugates for Targeted Drug Delivery, Small, 2020.

DOI:10.1002/smll.201904857

https://doi.org/10.1002/smll.201904857

 

四.水凝胶

 

7.  Biomaterials:用于siRNA介导的低温光热疗法的聚多巴胺涂层核酸纳米凝胶

 

光热疗法(PTT)通常需要将肿瘤病变的温度维持在50°C以上,这有可能诱发局部炎症和肿瘤转移。为了避免这些副作用,在PTT治疗期间在相对较低的温度(42–45℃)下获得有效的抗肿瘤功效至关重要。有鉴于此,上海交通大学张川和上海交通大学附属第六人民医院李跃华等研究人员设计了一种聚多巴胺(PDA)涂层的核酸纳米凝胶,作为siRNA介导的低温PTT的治疗复合物。

 

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FeiDing, et al. Polydopamine-coated nucleic acid nanogel for siRNA-Mediatedlow-temperature photothermal therapy. Biomaterials, 2020.

DOI:10.1016/j.biomaterials.2020.119976

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961220302222

 

8.  Nanoscale:用于药物控制释放和实时监测的温度/近红外光双响应导电凝胶

 

尽管具有良好物理性能的刺激响应型凝胶在生物医学领域具有很好的应用潜力,但其固有的较差的机械性能和非导电性也严重阻碍了其实际应用。武汉科技大学梁峰教授和国家纳米科学中心师晓丽副研究员合作设计了一种由石墨烯气凝胶和聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶组成的混合水凝胶材料,并通过结合聚多巴胺纳米颗粒(PDANPs)实现了药物的控制释放和实时监测。

 

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YutingZhu. et al. Temperature/Near-Infrared-Responsive Conductive Hydrogel forControlled Drug Release and Real-Time Monitoring. Nanoscale. 2020

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/nr/d0nr01736a#!divAbstract

 

五.其它

 

9.  AFM综述:检测和治疗自身免疫性疾病的智能生物材料研究进展

 

自身免疫性疾病患病率的稳步上升需要新的诊断和治疗方法。刺激响应型生物材料也被称为“智能”、或“可识别的”生物材料,由于它们能够在与生物环境相互作用时产生热、光、化学或结构变化,因此在药物输送、生物传感和组织工程中的应用被广泛研究。在此,美国德克萨斯大学奥斯汀分校Nicholas A. Peppas等人对过去十年来利用这些生物材料的识别能力来开发新的自身免疫性疾病检测和治疗方案的研究进行了批判性的分析。

 

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AaliyahB. Shodeinde, et al. Recent Advances in Smart Biomaterials for the Detectionand Treatment of Autoimmune Diseases, Adv. Funct. Mater., 2020.

DOI:10.1002/adfm.201909556

https://doi.org/10.1002/adfm.201909556

 

10.Nat. Commun.:另辟蹊径,压电材料用于安全、无损、方便的牙齿美白!

 

随着审美水平的提高,越来越多的人渴望用更白的微笑来改善自己的外表,导致牙齿美白越来越受欢迎。最经典的过氧化氢美白剂是有效的,但会导致牙釉质脱矿、牙龈刺激或细胞毒性。此外,这些技术过于耗时。在此,南京理工大学汪尧进等人报告了一种基于压电材料的无损、无害和方便的牙齿美白策略。

 

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YangWang, et al. Piezo-catalysis for nondestructive tooth whitening, Nat. Commun.,2020.

DOI:10.1038/s41467-020-15015-3

https://doi.org/10.1038/s41467-020-15015-3

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