功能元素掺杂介孔二氧化硅及其复合材料的制备及组织损伤修复中的应用
发布时间：2021-12-22 18:50
与硅基介孔生物玻璃相比,介孔二氧化硅具有可控的结构和尺寸,但是介孔二氧化硅的结构较为稳定、生物活性较差。基于功能元素的生物学效应,采用离子掺杂的方式,构建多功能生物活性材料。围绕口腔龋齿修复、皮肤组织损伤修复这两个方面的功能性需求,利用不同功能性离子掺杂和药物负载,设计不同功能需求的活性材料,研究元素与元素、元素与药物、元素与元素与药物不同组合产生的生物学功能,为口腔龋齿修复与皮肤组织再生提供新的潜在的多功能材料。本文的主要研究内容和研究结果分为几下三个部分:1.通过向介孔二氧化硅结构中引入钙元素,利用钙元素与硅元素的生物学效应,制备得到了具有诱导矿化活性的纳米介孔生物活性材料——钙掺杂介孔二氧化硅。利用其介孔孔道负载抗生素盐酸环丙沙星,构建具有诱导矿化活性和抗菌性的纳米材料,并作为牙科填充树脂的无机组分。区别于以往的齿科修复树脂的无机填料只起到力学增强的效果,生物活性的无机填料增强的齿科修复复合树脂不仅具有优异的力学性能,而且具有抗菌性。此外,对于磨损这种类似口腔咀嚼行为存在“智能响应”,磨损加速了诱导矿化过程,这样减少了龋齿修复过程中由于边缘微漏导致的细菌感染和龋齿修复失败的可能。...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)上海市
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
Hench教授提出的生物玻璃结合骨组织的12个阶段[19]
第1章引言中国科学院上海硅酸盐研究所博士学位论文5图1.2硅基生物材料通过释放硅离子刺激体内、体外内皮（祖）细胞的招募、细胞极化、细胞迁移、血管生成、管状血管形成和新血管生长[23]。Figure.1.2Silica-basedbiomaterialsthatreleasesilicateions,stimulatingangiogeniceventsinvitroandinvivo,includingendothelial(progenitor)cellhoming,polarization,cellmigration,angiogenesis,tubule-likeformation,andneo-vesselsprouting[23]。1.2.2钙元素钙元素是牙齿和骨骼中主要成分羟基磷灰石的重要组成部分，也是所有生物活性材料（生物活性陶瓷和生物活性玻璃）中的重要成分，参与了体外诱导矿化产物羟基磷灰石或者富含碳酸根的羟基磷灰石的形成过程，并在其中起到重要作用。此外，钙元素可以调节神经和肌肉的功能，在细胞内作为信号传递的信使，可以激活多种酶，调节细胞代谢过程[25-27]。1.2.3锌元素1869年，Raulin发现微量金属锌存在于所有活细胞中[28]，在细胞和亚细胞水平上具有多种结构和生化功能，包括酶功能、DNA和RNA代谢、蛋白质合成、基因表达、细胞生长和分化、细胞介导免疫等，是人类健康所必需的微量营养元素[29]，而持续缺少锌元素的摄入会造成生物机体死亡，因此需要从日常饮食中摄入和补充锌元素[30]。已报道的研究结果表明，人体中大约10%的蛋白可以与锌结合。因而，锌元素在细胞生长、发育和分化等多种生物活动中发挥作用，在蛋白质的催化和结构中发挥双重作用，如生长因子、细胞因子、受体、酶和转录因子。锌是300多种酶的主要成分，有证据表明锌元素与钙元素类似，在单核细胞、
饕?⒋嬖谏掀げ悖?浯问钦嫫げ悖?吭谄し舸疵嬗?稀?角质细胞存活和抗炎症方面具有重要的生理学效应。首先，许多锌相关的分子，例如金属基质蛋白酶、整合素、碱性磷酸酶和锌指转录因子，都参与皮肤创面愈合的过程。锌离子可以激活G蛋白偶联受体（G-protein-coupledreceptor，GPR39），及Gαq、Gα12/13、Gαs信号通路，促进创面愈合。此外，外源性的锌元素可以促进皮肤内角质细胞的增殖和存活，诱导促炎症因子TNF-α的产生[30]。锌元素的缺少不仅影响伤口愈合及免疫反应[29]，而且影响皮肤毛发、毛囊的修复与再生（图1.3）[30]。口服含锌的制剂一直用于治疗头发相关的疾病，如休止期脱发或斑秃[31]，并且锌制剂的补充可以促进毛发毛囊的生长和色素沉着[32,33]。主要原因可能是，锌是许多毛囊相关的酶的必要成分，也是角化细胞凋亡机制中内切酶的抑制剂，对于毛发生物学中DNA的稳定和修复具有重要作用[31]。图1.3皮肤中锌缺乏的总结。锌缺乏影响创面愈合过程中角质细胞的增殖、分化和存活（1-2）。锌缺少会增加角质细胞分泌三磷酸腺苷（ATP）、炎症因子和iOS/NO（3）。锌缺乏会诱发头发生长进入休止期和头发角质化异常（4-5）[30]。Figure.1.3SummaryofZndeficiencyinskin.Zndeficiencyimpairstheproliferation,differentiation,andsurvivalofKCsaswellasthewoundhealing(1and2).ZndeficiencyincreasestheproductionorsecretionofATP,inflammatorycytokines,andiNOS/NObyKCs(3).Zndeficiencyinducesatelogeneffluviumandanabnormalhairkeratinization(4and5)[30].
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fe3+和Fe2+对原代培养的成骨细胞增殖、分化和矿化功能的影响（英文）[J]. 张金超,李亚平,刘翠莲,孙静,赵燕燕. 无机化学学报. 2009(10)
本文编号：3546905
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)上海市
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
Hench教授提出的生物玻璃结合骨组织的12个阶段[19]
第1章引言中国科学院上海硅酸盐研究所博士学位论文5图1.2硅基生物材料通过释放硅离子刺激体内、体外内皮（祖）细胞的招募、细胞极化、细胞迁移、血管生成、管状血管形成和新血管生长[23]。Figure.1.2Silica-basedbiomaterialsthatreleasesilicateions,stimulatingangiogeniceventsinvitroandinvivo,includingendothelial(progenitor)cellhoming,polarization,cellmigration,angiogenesis,tubule-likeformation,andneo-vesselsprouting[23]。1.2.2钙元素钙元素是牙齿和骨骼中主要成分羟基磷灰石的重要组成部分，也是所有生物活性材料（生物活性陶瓷和生物活性玻璃）中的重要成分，参与了体外诱导矿化产物羟基磷灰石或者富含碳酸根的羟基磷灰石的形成过程，并在其中起到重要作用。此外，钙元素可以调节神经和肌肉的功能，在细胞内作为信号传递的信使，可以激活多种酶，调节细胞代谢过程[25-27]。1.2.3锌元素1869年，Raulin发现微量金属锌存在于所有活细胞中[28]，在细胞和亚细胞水平上具有多种结构和生化功能，包括酶功能、DNA和RNA代谢、蛋白质合成、基因表达、细胞生长和分化、细胞介导免疫等，是人类健康所必需的微量营养元素[29]，而持续缺少锌元素的摄入会造成生物机体死亡，因此需要从日常饮食中摄入和补充锌元素[30]。已报道的研究结果表明，人体中大约10%的蛋白可以与锌结合。因而，锌元素在细胞生长、发育和分化等多种生物活动中发挥作用，在蛋白质的催化和结构中发挥双重作用，如生长因子、细胞因子、受体、酶和转录因子。锌是300多种酶的主要成分，有证据表明锌元素与钙元素类似，在单核细胞、
饕?⒋嬖谏掀げ悖?浯问钦嫫げ悖?吭谄し舸疵嬗?稀?角质细胞存活和抗炎症方面具有重要的生理学效应。首先，许多锌相关的分子，例如金属基质蛋白酶、整合素、碱性磷酸酶和锌指转录因子，都参与皮肤创面愈合的过程。锌离子可以激活G蛋白偶联受体（G-protein-coupledreceptor，GPR39），及Gαq、Gα12/13、Gαs信号通路，促进创面愈合。此外，外源性的锌元素可以促进皮肤内角质细胞的增殖和存活，诱导促炎症因子TNF-α的产生[30]。锌元素的缺少不仅影响伤口愈合及免疫反应[29]，而且影响皮肤毛发、毛囊的修复与再生（图1.3）[30]。口服含锌的制剂一直用于治疗头发相关的疾病，如休止期脱发或斑秃[31]，并且锌制剂的补充可以促进毛发毛囊的生长和色素沉着[32,33]。主要原因可能是，锌是许多毛囊相关的酶的必要成分，也是角化细胞凋亡机制中内切酶的抑制剂，对于毛发生物学中DNA的稳定和修复具有重要作用[31]。图1.3皮肤中锌缺乏的总结。锌缺乏影响创面愈合过程中角质细胞的增殖、分化和存活（1-2）。锌缺少会增加角质细胞分泌三磷酸腺苷（ATP）、炎症因子和iOS/NO（3）。锌缺乏会诱发头发生长进入休止期和头发角质化异常（4-5）[30]。Figure.1.3SummaryofZndeficiencyinskin.Zndeficiencyimpairstheproliferation,differentiation,andsurvivalofKCsaswellasthewoundhealing(1and2).ZndeficiencyincreasestheproductionorsecretionofATP,inflammatorycytokines,andiNOS/NObyKCs(3).Zndeficiencyinducesatelogeneffluviumandanabnormalhairkeratinization(4and5)[30].
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fe3+和Fe2+对原代培养的成骨细胞增殖、分化和矿化功能的影响（英文）[J]. 张金超,李亚平,刘翠莲,孙静,赵燕燕. 无机化学学报. 2009(10)
本文编号：3546905
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