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四川大学于海洋/魏强 Adv. Sci.:种植体用皮质骨启发的功能化复合材料 - 与皮质骨力学-生物性能适配抗微动磨损
2023-02-28  来源:高分子科技


  牙列缺损/失的修复问题一直是临床医生的重点研究方向之一。牙种植修复因固位良好、舒适美观、不损伤天然牙且咀嚼效率高等优点成为其重要的修复方式。提高种植牙的成功率和骨结合的长期稳定性是当下研究的重中之重,然而,种植体-骨界面常年累积的微动损伤现象常常被忽视。常用的钛及钛合金的硬度和弹性模量大约是缺牙区皮质骨的7倍,这种由力学性能失配引起的应力遮蔽等会加剧界面的微动。此外,金属植体的碎屑有引发种植体周围炎和松动脱落的潜在风险。因此,与皮质骨力学-生物性能适配的、协同抵抗种植体-骨界面微动磨损的种植体材料及评价方式鲜有报道。


  近期,四川大学华西口腔医(学)院于海洋教授团队四川大学魏强研究员Advanced Science上发表题为《Functionalized Cortical Bone-Inspired Composites Adapt to the Mechanical and Biological Properties of the Edentulous Area to Resist Fretting Wear》的研究论文,文章的共同第一作者是四川大学华西口腔医(学)院王中熠博士、向倩蓉硕士和谭欣博士针对当下种植体材料力学性能失配的问题,从皮质骨复杂而巧妙的微观结构合并既韧又硬的力学特性得到启发,设计了一种具有从纳米到宏观的无机和有机组分相结合的多级结构的纳米3%摩尔钇稳定四方氧化锆(nano-3Y-TZP)和聚醚酮酮(polyetherketoneketone, PEKK)复合材料,并通过功能化处理提高其在体内的生物学匹配度,命名为皮质骨启发的功能化复合材料(functionalized cortical bone-inspired composites, FCBIC

  通过体外实验证明,FCBIC表现出与皮质骨相匹配的弹性模量和硬度,同时具备优异的强度、弹塑性特性和断裂韧性;FCBIC对细胞毒性无显著影响。与常用的植入材料相比,FCBIC可以通过细胞力学信号感应促进细胞外钙基质沉积、ALP活性,进而与hWJ-MSCs的成骨分化增强直接相关。在体内研究中,FCBIC在促进成骨和骨整合方面与Ti-SLA一样突出。通过微动磨损试验验证了FCBIC的润滑效果和对皮质骨的潜在保护能力。本研究还创新性使用综合评价法构建并分析力学匹配性、生物匹配性和力学-生物匹配性,结合计算所得的匹配性分析阐述FCBIC抗微动损伤优势的内在机理。以上研究结果表明,FCBIC的设计优化了种植体与皮质骨之间力学-生物的匹配性,从而获得了理想的抗微动磨损效果;该研究对种植体的设计和评价体系的补充具有重要的参考意义。

1. 缺牙区皮质骨表征与复合材料合成


2. 力学及表面特性


3. 三点弯曲强度及断裂韧性研究


4. 细胞力学感应介导的粘附和骨诱导特性研究


5. 种植体材料植入48周后种植体周成骨效果的μCT研究


6. 种植体材料植入48周后种植体周成骨的组织形态学和免疫组织化学分析


7. 切向微动磨损行为研究


  文章信息:ZhongYi Wang, QianRong Xiang, Xin Tan, YaDong Zhang, HaoQi Zhu, Jian Pu, JiKui Sun, ManLin Sun, YingKai Wang, Qiang Wei*, HaiYang Yu*, Functionalized Cortical Bone-Inspired Composites Adapt to the Mechanical and Biological Properties of the Edentulous Area to Resist Fretting Wear. Adv. Sci. 2023, 2207255.

Advanced science


  原文链接: https://doi.org/10.1002/advs.202207255

  DOI10.1002/advs.202207255


作者简介


本文共同通讯作者 于海洋教授

  四川大学华西口腔医(学)院教授、博士生导师,一级临床专家。擅长显微微创美学修复、复杂牙种植修复以及疑难义齿修复等。现任中华口腔医学会修复专委会主任委员,口腔修复学国家临床重点专科学术带头人,四川大学口腔医学技术专业负责人。ICD(国际牙医学院)院士,教育部新世纪优秀人才;省突贡专家、万人计划天府名师、省卫生健康领军人才、大美医者,四川省口腔医学会口腔修复专委会主任委员,四川大学华西口腔医学院口修复II科主任;《华西口腔医学杂志》、BR杂志副主编。曾任第二届教育部口腔医学教学指导委员会秘书长,华西口腔医(学)院副院长等职。先后主持国家及省部级项目30余项,发表论文二百余篇,主笔国家及行业标准8项;研究成果获教育部自然科学一等奖、教学成果获国家教学成果二等奖等。主编出版全国规划教材《口腔固定修复学》、《口腔医学美学》、《口腔解剖生理学》以及专著《口腔美学修复通论》、《数字引导式种植学》、《数字引导式显微修复学》、《数字化可摘局部义齿修复技术》等 30部;研发的12个医疗器械产品已经成功转化临床。


本文共同通讯作者 魏强研究员

  四川大学高分子科学与工程学院特聘研究员,博导,美柏生物首席科学家。获国家“海外高层次人才引进计划”青年项目,国家优秀青年科学基金,国家优秀自费留学生奖。博士论文获得德国最高等级拉丁文学位荣誉Summa Cum Laude(<1%),归国前为马普医学研究所与柏林自由大学联合研究项目组长。具备材料学、化学、生物学复合背景,主要从事细胞力学生物学的基础研究与界面生物材料的应用转化。研究聚焦于细胞感应微环境物理力学信号、及细胞力信号传递与转导调控基因转录的机制。基于对细胞行为机制的理解,联合创立美柏生物公司并担任首席科学家,实现人源细胞外基质的量产与组织工程应用。


本文共同第一作者 王中熠博士

  四川大学华西口腔医院修复II科博士生,师从于海洋教授。中华口腔医学会修复专委会会员,擅长显微微创美学修复,数字化种植修复及复杂义齿修复等,主研骨再生及种植体相关材料。参与撰写国家自然科学基金两项,主持省级课题一项,第一作者身份发表SCI论文4篇,获1项授权发明专利,1项授权实用新型专利,参编专著一部。2022第十六次全国口腔修复学学术会议疑难复杂病例交流中获杰出奖,2022中华口腔医学会第八届“绚彩梦想秀口腔好医生”全国口腔跨学科病例展总决选第一名。


  下载:Functionalized Cortical Bone-Inspired Composites Adapt to the Mechanical and Biological Properties of the Edentulous Area to Resist Fretting Wear

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