中文摘要：

骨形态发生蛋白-2（BMP-2）是目前硬组织修复材料/植入体活性化最常用的细胞因子，高活性固载和高效使用是其目前临床应用中存在的最大挑战。阳离子可通过与氨基酸残基结合而影响蛋白的微观结构和活性。为此，本研究以临床常用钙磷基骨修复材料中溶出的钙、镁、硅、锶等典型阳离子为研究对象，系统地探索不同阳离子对BMP-2诱骨活性的影响，阐明过程的基本规律。在此基础上，采用现代蛋白分析和数学模拟的手段，并结合体外细胞实验，从原子、分子和细胞水平深入地研究不同阳离子对BMP-2微观结构、BMP-2受体结合以及细胞内分子作用通道相关蛋白和基因表达的影响，努力揭示基体材料中溶出阳离子对BMP-2生物活性的作用机制，构建阳离子影响BMP-2活性的理论模型。研究将为利于BMP高活性固载载体的设计与构筑提供直接的理论与实践基础，为降低BMP用量、提高使用效果提供新思路，同时为其它生长因子的活性调控提供借鉴。

结论摘要：

维持和调控骨形态发生蛋白（BMP-2）的微观结构和成骨活性是提高其临床使用效果、降低使用剂量的有效手段。阳离子对蛋白的微观结构和活性有显著的影响。本研究以临床常用钙磷基骨修复材料中溶出的钙、镁、硅、锶等典型阳离子为研究对象，从细胞分子水平系统地研究不同阳离子影响对BMP-2诱骨活性的基本规律及相关机制。研究发现①钙离子，低浓度的Ca2+(0.18 mM)可提高BMP-2诱导成骨分化的活性，而高钙离子浓度(18.0 mM) 则与BMP-2形成Ca-BMP-2的络合物，导致蛋白中的β-折叠和β-转角含量大大增加，进而通过抑制BMP-2与其受体的结合以及降低Smad1/5/8和p38丝裂原活化蛋白激酶蛋白两种信号通路传导从而降低BMP-2的成骨活性； ②镁离子，在实验浓度 (0~8.0 mM) 范围内，镁离子对rhBMP-2的活性无显著影响；③锶离子，锶离子（0.05 mM和1.00 mM）可迅速与BMP-2络合，抑制BMP-2与其细胞表面受体的结合效率及细胞内Smad信号通路的传导，从而抑制BMP-2体外成骨分化和体内成骨的效果。④ 硅离子，通过将硅酸钙（CS）掺入CPC粉末构建硅酸钙/磷酸钙骨水泥（CSPC）支架，发现CS与rhBMP-2可协同促进体外细胞的成骨分化以及体内骨再生。CSPC溶出的Si离子能够影响rhBMP-2的蛋白二级结构，有利于rhBMP-2与细胞表面受体结合从而刺激细胞向成骨分化。⑤地塞米松和rhBMP-2，壳聚糖/MSNs双载药体系可实现rhBMP-2的活性装载和控释，同时促进地塞米松的细胞转运，实现其细胞内靶点释放，最终从细胞内外协同促进细胞分化和体内成骨。项目执行期间获得国家自然科学二等奖1项及上海市自然科学一等奖1项（均排名第二）， 发表SCI收录论文4篇, 接受2篇，另有2篇SCI文章正在修改和投寄之中，大会特邀/分会报告4次。参与编写《生物医学工程》及《微纳米结构骨修复材料》，培养研究生3名。