糖尿病是威脅全球人類健康的三大慢性疾病之一，根據流行病學調查顯示，該疾病直接或間接影響全球超過4.25億人的生命健康及生活質量。人們大多知道糖尿病會引起許多併發症，但許多人並不知道骨質疏鬆也是其中之一。糖尿病患者骨折風險高，癒合能力差，至今仍缺少有效療法。不過在最近，大連理工大學團隊的一項研究為糖尿病患者的骨缺損治療帶來了全新的解決方案。
糖尿病腎病是較為常見的糖尿病併發症，腎臟可以產生幫助腸道吸收鈣的酶，因此腎臟功能會影響鈣的吸收，導致無法產生足夠的骨基質或骨礦物質。不僅如此，尿糖的增多會排出體內的鈣、磷、鎂等，最終導致骨質疏鬆。據相關資料統計，全國有1.3億糖尿病人，其中約二分之一到三分之一的患者存在骨密度減低，其中有接近三分之一的患者被確診為骨質疏鬆。在面臨較高骨質疏鬆、骨折風險的同時，糖尿病人的骨缺損再生也受到影響，這是因為其癒合環境受到諸如血糖波動(GF)、活性氧(ROS)和基質金屬蛋白酶(MMPs)等病理因素的複雜影響。
基於“診斷”和治療邏輯的水凝膠的設計原理以及 HIB 透過重程式設計免疫-骨質級聯誘導糖尿病骨再生的機制示意圖
針對這一醫學難題，大連理工大學王華楠教授團隊聯合重慶醫科大學附屬口腔醫院季平教授/陳陶研究員團隊透過設計由苯硼酸交聯的聚乙烯醇和明膠膠體組成的雙網路水凝膠，開發了一種結合“診斷”和“治療”雙重功能的邏輯智慧型水凝膠。該水凝膠透過“診斷”糖尿病骨創傷微環境中的3種病理訊號(GF、ROS、MMPs)，針對性的自主釋放蛋白因子藥物以實現“治療”作用，從而程式設計控制不同藥物的釋放以匹配免疫-骨化級聯，最終為糖尿病患者的骨癒合臨床難題提供全新的解決方案。
BMDMs 和 MC3T3-E1 細胞的共培養顯示了 DM 中 HIB對藥物釋放的邏輯調節。採用單純明膠膠體水凝膠用作非智慧材料對照。直接接種在組織培養板 (TCP) 上的細胞用作空白對照
同時，該水凝膠表現出理想的生物力學效能、流變學特性以適應骨缺損的區域性複雜性、及可注射可塑形性等優異的臨床操作性。此外，其骨免疫調節的機制得到部分闡明：透過恢復受損線粒體功能，降調氧化應激並重塑內源性抗氧化體系，從而調節骨免疫級聯。該“診斷-治療一體”邏輯智慧水凝膠的應用為複雜病理微環境下智慧水凝膠的應用和其生物學機制探索提供了策略參考。
作為Wiley材料科學的旗艦期刊，Advanced Materials創刊於1988年，該刊論文範圍涵蓋整個材料科學領域，內容涉及物理學、化學、生物學、奈米科學和技術等。
近期，該研究相關論文以題為A Logic-based Diagnostic and Therapeutic Hydrogel with Multi-stimuli Responsiveness to Orchestrate Diabetic Bone Regeneration發表在國際權威期刊Advanced Materials上。第一作者為李帝澤/陳楷文，通訊作者為大連理工大學王華楠教授、重慶醫科大學附屬口腔醫院陳陶研究員、副主任醫師。本研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金面上專案的經費支援。
拓展閱讀：
王華楠，工學、醫學博士，大連理工大學教授、博士生導師，國家級人才工程入選者，荷蘭Rubicon青年學者、生物材料學會增材製造分會委員、血液淨化分會委員。主要從事生物醫用材料和再生醫學領域的研究工作，研究工作主要圍繞水凝膠生物材料研發、微流控晶片技術、3D生物列印技術、細胞微環境研究等領域，並在生物材料臨床轉化方面做出創新成果。先後承擔包括重點研發計劃課題和自然科學基金等省部級科研專案8項。已在Nature Materials，Advanced Materials，Biomaterials，Tissue Engineering等重要期刊上發表學術論文50餘篇，撰寫專著和著作章節4篇，論文被引用次數超過2500+次，h-index=24；授權國際、國內專利8項，公開專利申請20餘項，多項專利成功轉化，並開發出3款三類醫療器械耗材產品正在進入臨床試驗階段。
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注：文章部分素材來自大連理工大學官網、大連理工大學生物工程學院、CCTV健康之路、Materilasviews等
