010-82930964 
编号：YYHY00972
篇名：抗氧化介孔二氧化铈载二甲双胍纳米粒子的构建及其在促骨再生的应用研究
作者：徐殿航
关键词： MET; 骨再生; 二氧化铈; 介孔; 纳米材料;
机构： 吉林大学
摘要： 研究背景: 牙周炎（Periodontitis）是一种由宿主免疫系统对牙周生物膜微生物群异常应答引发的慢性炎症性疾病。在其发生发展过程中,慢性炎症或过度炎症反应会导致组织微环境失衡,从而阻碍组织修复与再生。因此,控制炎症,恢复骨修复再生能力是牙周炎治疗的关键。二氧化铈（Cerium dioxide,CeO2）具有清除活性氧（Reactive oxygen species,ROS）的功能,能够通过双重调节重塑炎症微环境:一方面直接下调促炎因子表达,另一方面通过调控巨噬细胞表型转换,显著促进M2型修复性极化并抑制M1型促炎极化,从而有效阻断"ROS-炎症"的恶性循环。然而,其对晚期牙周炎导致的牙槽骨缺损修复作用有限。二甲双胍（Metformin,MET）作为目前临床中最常用的糖尿病药物之一,其在骨再生修复方面的作用越来越受到关注。然而,MET存在两个主要局限性:一方面,其极强的水溶性导致体内药物浓度不稳定;另一方面,其单独作用于炎症状态下的组织时,骨再生效果并不理想。综上所述,本研究成功制备了一种新型CeO2@MET纳米治疗平台,该平台在炎症环境中通过CeO2的类抗氧化物酶作用高效清除过量ROS,有效缓解炎症反应;同时负载的MET通过调控RUNX2等成骨相关基因表达,显著增强炎症条件下的骨再生能力。此设计创新性解决了单一CeO2材料骨修复效能不足的局限,并利用介孔CeO2的缓释特性将MET释放周期延长,实现药物浓度的稳定维持。该体系既保留了CeO2自身抗氧化及抗炎的材料优势,又通过提升MET的生物利用度增强其促骨再生疗效,为纳米载体与临床药物协同治疗牙周炎等炎症性骨缺损疾病提供了新策略。 目的: 制备具有介孔形态的纳米CeO2,并将其与MET进行负载,以获得CeO2@MET复合材料。系统评估该复合材料在体外炎症模型中对骨质破坏的修复效果,实现调控炎症,修复骨再生能力的目的。 实验方法: 1.采用水热法成功制备介孔形态CeO2,随后通过物理吸附法负载MET,得到CeO2@MET复合材料。 2.利用扫描电子显微镜（Scanning electron microscope,SEM）和透射电子显微镜（Transmission electron microscope,TEM）分析CeO2@MET的形貌;采用动态光散射（Dynamic light scattering,DLS）测定粒径分布。通过紫外-可见光谱（UV-visible spectroscopy,UV-vis）、X射线衍射（X-ray photoelectron spectroscopy,XRD）、X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy,XPS）和傅里叶变换红外光谱（Fourier-transform infrared spectroscopy,FT-IR）对CeO2@MET的组成、结构及化学状态进行表征。 3.通过ROS检测试验评估材料的抗氧化能力;通过透析检测药物的释放能力;在体外实验检测中,分别采用CCK-8法评估细胞活力,并结合细胞活/死染色实验检测其生物安全性。 4.通过细胞划痕实验评估不同材料对细胞迁移的影响。通过碱式磷酸酶活性（Alkaline phosphatase、ALP）实验测定促成骨效果,评估CeO2@MET的促成骨作用。 结果: 1.介孔CeO2纳米粒子被成功合成,并且MET药物分子被有效负载于其表面,形成CeO2@MET复合纳米粒子。该复合材料实现了MET的缓慢释放,从而显著延长了药物的释放时间。在体外实验中,通过检测活性氧ROS产量,我们发现MET的负载并不影响二氧化铈纳米粒子的抗氧化能力。相比之下,在清除超氧自由基(O2.-)方面,负载了MET的CeO2@MET复合纳米粒子表现出略微提升的效果。 2.体外生物相容性实验表明,当药物浓度低于100μg mL?1时,CeO2@MET复合纳米粒子没有显示出显著的细胞毒性,这一结果为其在医学领域的临床应用奠定了基础。此外,在适宜浓度下,实验还发现CeO2@MET能够在非炎症环境中促进细胞增殖。 3.进一步的体外实验验证了CeO2@MET纳米粒子的成骨能力。通过染色结果,我们检测到碱性磷酸酶的表达显著增加,表明在炎症状态下,该复合材料对细胞的成骨作用更为显著。 结论: 本研究成功设计并合成了一种新型的CeO2@MET纳米复合材料。这一创新材料解决了MET因水溶性强而导致的快速释放问题,实现了药物的缓慢释放。基于纳米二氧化铈本身出色的抗氧化和抗炎特性,该研究通过负载MET进一步增强了材料的生物功能,最终实现了抗氧化、抗炎与促进骨再生的多功能协同作用。值得注意的是,在炎症环境中,CeO2@MET不仅有效减轻了炎症对细胞的损伤,还提升了骨再生能力,这一发现为该纳米材料在骨修复及相关临床应用领域带来了重要价值。
