【正文】 als），是指具有誘導(dǎo)組織再生的生物功能的生物醫(yī)用材料，如誘導(dǎo)骨、皮膚、血管、血管內(nèi)膜、神經(jīng)等再生的材料。 2. 研究開發(fā)出軟骨、皮膚、血管等組織誘導(dǎo)性材料和制品，抗凝血生物化表面血管支架、組織誘導(dǎo)涂層材料及微創(chuàng)傷原位成型組織誘導(dǎo)材料，并提供 4種左右組織誘導(dǎo)性生物醫(yī)用材料和制備技術(shù)供中試和臨床試驗(yàn) ,對覆蓋生物醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè) 80%以上的矯形和整形外科材料、心血管系統(tǒng)修復(fù)材料等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的形成和發(fā)展產(chǎn)生直接效應(yīng)。 通過本項(xiàng)目的實(shí)施，將進(jìn)一步凝聚國內(nèi)從事生物材料領(lǐng)域的主要研究力量，培養(yǎng)和形成一支多學(xué)科交叉、老中青結(jié)合、以時(shí)俱進(jìn)、 開拓創(chuàng)新、思想活躍、緊密團(tuán)結(jié)的生物材料研究、開發(fā)和臨床應(yīng)用隊(duì)伍，以及一批具有國際影響力學(xué)科帶頭人，特別是中青年學(xué)科帶頭人和創(chuàng)新型學(xué)術(shù)骨干。 （ 2）具有功能基因、特異性信號分子的材料功能表面 /界面及支架構(gòu)建技術(shù)和調(diào)控方法；原位組織誘導(dǎo)材料的宏觀塑型和微觀結(jié)構(gòu) 控制技術(shù)和方法；微創(chuàng)傷原位組織誘導(dǎo)材料的構(gòu)建方法和技術(shù)；誘導(dǎo)組織再生生物材料的自組裝原理、技術(shù)和方法。 （ 4）揭示裝載于材料的功能基因和特定信 號分子對體內(nèi)細(xì)胞轉(zhuǎn)染和作用的規(guī)律；激活細(xì)胞分泌特定蛋白、生長因子，調(diào)控細(xì)胞分化途徑的機(jī)制，以及材料表面 /界面和微環(huán)境對其的影響和作用。本項(xiàng)目“生物材料組織誘導(dǎo)”理論的建立，將是當(dāng)代生物醫(yī)用材料科學(xué)重點(diǎn)“賦予材料生物結(jié)構(gòu)和生物功能的設(shè)計(jì)”的重大突破性進(jìn)展，可望開拓發(fā)展本世紀(jì)生物醫(yī)用材料的新途徑，并促進(jìn)相關(guān)醫(yī)學(xué)學(xué)科的發(fā)展，降低醫(yī)療費(fèi)用，亦將對生命科學(xué)認(rèn)識論產(chǎn)生重要影響。 通過本項(xiàng)目實(shí)施，將在生物材料科學(xué)的理論、方法及技術(shù)等方面取得突破性進(jìn)展，這不僅對生物醫(yī)用材料科學(xué)、醫(yī)學(xué)乃至生命科學(xué)的發(fā)展具有重要的科學(xué)價(jià)值，而且也將對解決國家重大需求做出重要貢獻(xiàn)。因此，本項(xiàng)目提出的研究內(nèi)容不僅具有前期研究基礎(chǔ)，而且圍繞擬解決的經(jīng)過高度凝練的關(guān)鍵科學(xué)問題，富有科學(xué)性、前瞻性及原始創(chuàng)新性。 （ 4）評價(jià)和預(yù)測材料組織誘導(dǎo)性的長期生物安全性、可靠性的方法和模型。 （ 5）二維、三維功能和表面支架與功能基因和生物信號分子的復(fù)合與裝配。 3．材料結(jié)構(gòu)與誘導(dǎo)組織再生生物功能的關(guān)系，及其分子設(shè)計(jì)與裝配 （ 1）自然組織的分子圖象及材料分層結(jié)構(gòu)與功能的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。 （ 3）影響特定組織形成的主要生物化學(xué)信號及其相互作用和對細(xì)胞分化和組織形成的影響。 擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題： 材料的組織誘導(dǎo)性與材料的組成、結(jié)構(gòu)、生物力學(xué)性質(zhì)、生物環(huán)境及其相互作用的關(guān)系、規(guī)律和機(jī)制。 項(xiàng)目名稱： 組織誘導(dǎo)性生物醫(yī)用材料的基礎(chǔ)研究 首席科學(xué)家： 顧忠偉 四川大學(xué) 起止年限： 至 依托部門： 教育部 一、研究內(nèi)容 鑒于傳統(tǒng)生物醫(yī)用材料的時(shí)代正在過去，與生物技術(shù)結(jié)合賦予材料生物結(jié)構(gòu)和生物功能，即發(fā)展可誘導(dǎo)組織或器官再生、恢復(fù)和增進(jìn)機(jī)體功能的材料，已成為本世紀(jì)生物醫(yī)用材料科學(xué)發(fā)展的方向和前沿，并正在對產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生越來越大的影響和效應(yīng)；鑒于我國技術(shù)含量高的生物醫(yī)用材料和制品市場已為進(jìn)口品所充斥，高技術(shù)生物材料產(chǎn)業(yè)體系尚未形成；鑒于國際生物醫(yī)用材料科學(xué) 前沿研究起步不久；因此，立足生物醫(yī)用材料科學(xué)和產(chǎn)業(yè)前沿，以跨越式地發(fā)展高技術(shù)生物材料前沿產(chǎn)業(yè)為重點(diǎn)，并以此引導(dǎo)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)更新和產(chǎn)品換代，是振興我國生物材料產(chǎn)業(yè)，滿足保障廣大人民健康需求和社會、經(jīng)濟(jì)以及國防事業(yè)發(fā)展對生物醫(yī)學(xué)材料和制品的迫切需求，進(jìn)而培育國民經(jīng)濟(jì)的新增長點(diǎn)的最佳選擇。 其核心是：在細(xì)胞和分子水平上深入認(rèn)識材料表面/界面及組織形成環(huán)境及其特征與體內(nèi)生物活性分子（生長因子、蛋白、基因、酶、組織康復(fù)因子等）和細(xì)胞的相互作用，特異性識別和選擇性吸附 /粘附規(guī)律，及對細(xì)胞分化和組織形成的影響和機(jī)理。 （ 4）裝載于材料 中的功能基因、信號分子及其轉(zhuǎn)染和作用對細(xì)胞和蛋白行為的調(diào)控，特征蛋白的合成、分泌及組織形成的影響和機(jī)制。 （ 2）材料的合成及其與體內(nèi)原位蛋白、細(xì)胞的相互作用；功能界面和支架的設(shè)計(jì)、特征、降解、及降解產(chǎn)物對組織形成的影響。 4．組織誘導(dǎo)性生物醫(yī)用材料的生物相容性和生物功能性評價(jià) 的科學(xué)基礎(chǔ)及試驗(yàn)方法 （ 1）研究和試驗(yàn)材料組織誘導(dǎo)性的體內(nèi)、外及臨床試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀? 本項(xiàng)目研究內(nèi)容是在總結(jié)前期“ 973”項(xiàng)目實(shí)施基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)科最新發(fā)展和國家需求，對前期工作的提煉、深化、延伸和發(fā)展。 二、預(yù)期目標(biāo) 總體目標(biāo) 本項(xiàng)目的目的在于：立足生物醫(yī)用材料科學(xué)和產(chǎn)業(yè)前沿，為本世紀(jì)我國生物醫(yī)用材料和制品產(chǎn)業(yè)跨越式地發(fā)展奠定科學(xué)基礎(chǔ)，并產(chǎn)生直接效應(yīng)。 1．建立生物材料組織誘導(dǎo)理論，提高我國生物醫(yī)用材料科學(xué)的基礎(chǔ)理論研究水平 “組織誘導(dǎo)性生物材料 (Tissue Inducing Biomaterials) ”是本項(xiàng)目科學(xué)家基于我國原創(chuàng)性生物材料骨誘導(dǎo)理論，于 2020 年與國際科學(xué)家共同提出的生物醫(yī)用材料的 新概念，并被第七次世界生物材料大會列為專題組織了 4 場討論會，已為國際生物材料界所接受。主要表現(xiàn)在下述幾點(diǎn)： （ 1）揭示材料表面 /界面的組成、結(jié)構(gòu)，特別是分子結(jié)構(gòu)和納米 尺度微結(jié)構(gòu)，及其對體內(nèi)蛋白、生長因子、功能基因、細(xì)胞的相互作用，特異性識別和選擇性吸附 /粘附的影響和規(guī)律，為特定功能的表面 /界面設(shè)計(jì)以獲得預(yù)期的功能組織奠定理論基礎(chǔ)。 （ 5）探索評價(jià)材料生物相容性和生物功能性的分子標(biāo)記，推進(jìn)材料分子相容性的研究。 （ 3）血液相容抗凝血生物功能材料的表面改性技術(shù)和方法，抗凝血生物化表面構(gòu)建的技術(shù)和方法。鞏固和發(fā)展一批從事本領(lǐng)域基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究的具有國際水平的國家及部門重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，國家工程技術(shù)研究中心，生物材料和制品檢驗(yàn)評價(jià)中心以及研究開發(fā)及臨床應(yīng)用基地和專門機(jī)構(gòu)。 3. 建立起模擬生物環(huán)境的表面 /界面過程分析和表征方法，包括在細(xì)胞和分子水平上的材料 —— 細(xì)胞界面靜態(tài)和動態(tài)過程分析方法，以及試驗(yàn)和研究材料組織誘導(dǎo)性的模型，評價(jià)其生物相容性和組織誘導(dǎo)性的系列方 法。公認(rèn)的看法 是：一種組織能被誘導(dǎo)形成，必須滿足三個(gè)條件：（ 1）在組織形成部位，存在具有向特定組織細(xì)胞分化潛能的間充質(zhì)細(xì)胞 。 為賦予材料誘導(dǎo)組織形成的 作用，目前的途徑主要是：充分利用機(jī)體自我康復(fù)的功能，于材料中外加生長因子或活體細(xì)胞，通過材料控釋生長因子或活體細(xì)胞分泌的細(xì)胞素，誘導(dǎo)間充質(zhì)細(xì)胞向特定組織細(xì)胞分化，最終形成特定的組織。 最近發(fā)展的另一條賦予材料組織誘導(dǎo)作用的途徑，即主要由我國科學(xué)家提出和發(fā)展的新途徑：通過材料自身優(yōu)化設(shè)計(jì)，而不外加生長因子或活體細(xì)胞，賦予材料誘導(dǎo)組織再生的功能。為此，深入了解特定組織形成的主要組織誘導(dǎo)信號分子和材料表面 /界面結(jié)構(gòu)和微環(huán)境及其相互作用是十分必要的。此研究還可與基因治療結(jié)合，有利于病變部位病灶的清除。但是，不同途徑研究的側(cè)重點(diǎn)不同；材料對不同組織的誘導(dǎo)作用需重點(diǎn)研究的細(xì)胞和蛋白有所不同，對材料自身 的組成和結(jié)構(gòu)的要求也有所不同。自然組織本身就具有再生的功能，通過計(jì)算機(jī)分析和模擬設(shè)計(jì)，并模擬自然組織仿生裝配材料結(jié)構(gòu)，是發(fā)展組織誘導(dǎo)性材料的最佳途徑；材料的逐步降解、最終為新生組織替代是組織重建的最好結(jié)果。因此，本項(xiàng)目亦將其研究列為主要研究內(nèi)容。一方面作為研究結(jié)果的驗(yàn)證，另一方面擴(kuò)大其用途，以發(fā)展出一類新型組織誘導(dǎo)性生物醫(yī)用材料。 （ 3）材料表面特征與吸附蛋白分子結(jié)構(gòu) 及構(gòu)型的關(guān)系。 （ 5）三維多孔材料的體內(nèi)外蛋白吸附對細(xì)胞粘附及分化的影響，初探環(huán)境對蛋白和細(xì)胞吸附 /粘附及細(xì)胞分化途徑的調(diào)控和影響。 （ 2）具有一定表面特征的材料表面 /界面及本體結(jié)構(gòu)分析和表征。 （ 6）具有上述材料學(xué)特征的植入體在具有一定特征的生理環(huán)境中所構(gòu)成的植入體周邊及內(nèi)部微環(huán)境特征的表征，通過免疫組化、基因表達(dá)及細(xì)胞組織形態(tài)學(xué)分析考察微環(huán)境中特定基因表達(dá)、細(xì)胞分化途徑。 （ 2）根據(jù) 2 的要求，借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)功能，以構(gòu)建和優(yōu)化具有特定組織誘導(dǎo)性的材料及其表面 /界面結(jié)構(gòu)。 （ 2）組織誘 導(dǎo)性材料誘導(dǎo)組織形成的體外評價(jià)。 （ 4）材料組織誘導(dǎo)作用的生物安全性及臨床應(yīng)用潛力評價(jià)。 2．受材料 骨誘導(dǎo)理論啟示，國際已展開材料對非骨組織誘導(dǎo)性研究，并已超前于國內(nèi)研究： （ 1）荷蘭 IsoTis 公司（已被跨國公司兼并）已開發(fā)出骨誘導(dǎo)人工骨，并取得歐共體市場準(zhǔn)入上市。 （二）創(chuàng)新點(diǎn) 1．為賦予材料誘導(dǎo)組織再生的生物功能，國內(nèi)外研究主要集中于外加生長因子或體外培養(yǎng)活體細(xì)胞，通過材料控釋生長因子或細(xì)胞分泌的細(xì)胞素誘導(dǎo)組織形成，賦予材料誘導(dǎo)組織再生的生物功能。 2．提出維持血液凝血系統(tǒng)核心蛋白構(gòu)象不變賦予材料抗凝血性的學(xué)說，通過材料表面分子設(shè)計(jì)和改性賦予其誘導(dǎo)血管內(nèi)膜形成功能，解決材料抗凝血性問題，為攻克小直徑（ ?4mm）的人造血管及抗凝血性優(yōu)良的心血管系統(tǒng)植入器械提供了可行性。本項(xiàng)目通過材料表面誘生生物化抗凝血膜，即自然血管內(nèi)膜解決抗凝血問題，可望不需服藥維持植入器械的抗凝血性，可能為解決長期未獲得很好解決的生物材料抗凝血問題開拓新途徑。 4．提出組 織誘導(dǎo)材料三維結(jié)構(gòu)自組裝原理和技術(shù)。 （三）課題設(shè)置 （ 分別說明每個(gè)課題的主要研究內(nèi)容、目標(biāo)、承擔(dān)單位、課題負(fù)責(zé)人及課題在整個(gè)項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)中所占比例等。 （ 4）材料對骨和非骨組織誘導(dǎo)作用的誘發(fā)因素及機(jī)理。 （ 8）臨床試驗(yàn)?zāi)Ｐ图凹夹g(shù)。 主要研究內(nèi)容 ： （ 1）材料對軟骨和皮膚特異性生長因子和細(xì)胞的識別、選擇性吸附 /粘附與材料組成、結(jié)構(gòu)的關(guān)系和機(jī)理。 （ 5）可注射原位聚合或固化成型的軟骨支架設(shè)計(jì)和構(gòu)建。發(fā)表 SCI 收錄的論文 60 篇以上，申請國家發(fā)明專利 5 項(xiàng)以上。 （ 2）體外細(xì)胞對材料 /DNA 復(fù)合物的攝取，復(fù)合物在細(xì)胞內(nèi)的運(yùn)動及轉(zhuǎn)染細(xì)胞的機(jī)理；材料結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)染效率的關(guān)系。 目標(biāo) ： 設(shè)計(jì)合成可裝載功能基因的、具有原位誘導(dǎo)特定組織生長的材料，闡明材料組分、結(jié)構(gòu)對基因表達(dá)的影響規(guī)律和機(jī)理，以及誘導(dǎo)組織形成的機(jī)理。 主要研究內(nèi)容 ：