【正文】 孔隙、表面構型、顯微結構、力學性質等）、體液組成和特征（ pH 值、蛋白、流速等）及細胞對生理環(huán)境中組織形成環(huán)境的影響和機理。 （ 3）生物分子及無機納米粒子的功能表面和結構設計及三維裝配。 （ 2）材料組織誘導性及其生物安全性評價的分子生物學基礎及分子標記。研究重點集中于前期原創(chuàng)性的骨誘導理論啟示的具有誘導非骨組織再生的生物功能醫(yī)用材料，并將前期基因載體材料 及其控釋系統(tǒng)的研究成果，融入發(fā)展裝載功能基因的組織誘導生物醫(yī)用新型材料，與通過材料自身優(yōu)化設計賦予材料生物功能的研究相結合，形成我國“組織誘導性生物材料”的特色和優(yōu)勢，繼而建立較為完整的“生物材料組織誘導”理論。其基礎在于前期“ 973”生物材料項目的成功實施和對科學問題的進一步凝練和深化。其核心在于無生命的生物材料可誘導再生有生命的人體組織和器官。 （ 2）揭示和表征特定組織形成的環(huán)境，特別是微環(huán)境，及其對基因表達、細胞分化和組織形成途徑的影響、規(guī)律和機理。 2．在研究方法和技術方面預期突破。 通過本項目實施，可為推進我國生物材料科學基礎理論研究達到國際先進水平，創(chuàng)新性地開發(fā)一系列具有我國自主知識產權的新型生物醫(yī)用材料，立足國際前沿形成和跨越式地持續(xù)發(fā)展我國現(xiàn)代生物材料科學和產業(yè)，初步奠定科學基礎，而且可對推動我國社會、經濟急待發(fā)展的這一領域做出重要貢獻。從而為我國現(xiàn)代生物材料科學與工程構架的形成及其持續(xù)發(fā)展發(fā)揮重大的作用和深遠的影響。 4. 基本建成國際互認的生物醫(yī)用材料和制品檢驗評價及其科學研究的公用平臺。（ 2）存在誘導間充質細胞向特定組織細胞分化的生物化學信號或信號分子 。 對此，關鍵是要求一個對特定生長因子和活體細胞具有親和性并可保持其活力的功能表面，以及適合于特定細胞分化、增殖，并確保特定組織得以形成的環(huán)境，特別是微環(huán)境。其關鍵是對特定蛋白和細胞具有選擇性吸附 /粘附作用的材料表面 /界面組成及結構設計，以及適合于特定組織形成的并可調控細胞基因表達和分化途徑的組織生長環(huán)境設計。 生物醫(yī)用材料對組織形成的誘導作用，決定于材料對蛋白和細胞行為的調控。此外，還可發(fā)展出適于微創(chuàng)傷治療原位構建的組織誘導性支架材料。為此，項目以通過材料自身優(yōu)化設計和裝載功能基因，以及裝載信號分子形成功能表面，賦予材料誘導組織形成的作用為重點；自身優(yōu)化設計和裝載功能基因為特色；在深化前期“ 973”材料骨誘導作用研究基礎上，以材料對軟骨、皮膚、抗凝血生物化膜、神經等軟組織的誘導作用為對象展開；以從不同途徑對不同組織的誘導作用的側面展開研究，綜合匯總解決上述共性關鍵問題，從而在分子水平上較為完整地揭示材料的組織誘導作用的規(guī)律和機理，形成完整的生物材料組織誘導理論，并對覆蓋生物相容性產業(yè) 80%以上的矯形及整形外科 材料、心血管系統(tǒng)修復材料等我國高技術產業(yè)的形成和發(fā)展提供科學基礎，產生直接效應。同時，材料的降解還涉及到被吸附的生長因子釋放而激活。 膠原蛋白是機體組織的主要有機質，特別是軟組織。 技術途徑 技術途徑方框圖如下： 1．表面 /界面 —— 蛋白、細胞及相互作用 （ 1）材料表面 /界面特征，特別是微結構特征的表征。通過表面分析手段和結構化學計算，結合蛋白分子數(shù)據(jù)庫信息，研究材料表面特征與吸附蛋白種類的關系。 （ 6）根據(jù)吸附蛋白分子和細胞粘附、分化的分析結果，探索 有利于特定組織形成的蛋白質分子選擇性吸附和沿特定組織形成的細胞粘附和分化的材料表自然組織分子圖像計算機輔助設計 材料制備 信號分子及基因裝配 表面改性 前期“ 973”研究結果 體外蛋白吸附（定性、半定量、吸附譜） 試驗模型 材料表征 吸附機理及規(guī)律 細胞選擇性粘附、分化 體外細胞培養(yǎng) 植入試驗 體外實驗結果修正、驗證 生物學性能評價、標準制定 評價分子標記探 索 臨床試驗探索 體內蛋白吸附 （擴散盒，定性、 半定量） 吸附規(guī)律和機理修正、驗證 面結構設計要求，反饋信息指導材料表面結構設計和構建。 （ 3）植入體的力學性能，特 別是幾何形態(tài)、孔隙、表面構型和微結構及生物力學性能的表征和分析。 （ 7）環(huán)境，特別是微環(huán)境參量調控，研究環(huán)境特征調控對細胞分化途徑及其基因 表達的影響，闡明誘導特定組織形成的微環(huán)境特征與材料特征（包括攜帶控釋基因的關系），對細胞分化途徑及基因表達的影響和規(guī)律。 （ 3）優(yōu)化材料制備方法，如 基于生物分子調控的材料自組裝、特定結構材料的分子設計、原位構建、表面 /界面改性、材料分層設計和構建、靶向功能基因的裝載與控釋等，根據(jù)組織修復與組織誘導能力優(yōu)化原則，構建具有一定表面和本體特征的植入體，體內外試驗評價組織誘導能力及生物功能性?？疾炀哂胁煌Y構特征的材料在特定細胞培養(yǎng)過程中對細胞形態(tài)、分化、特征蛋白和基因表達水平和時序的影響，探索材料組織誘導性評價的體外分子標記。在基于ISO10993 系列的植入體生物安全性試驗基礎上，結合體內外試 驗過程的分子標記及長期植入試驗跟蹤，評價材料組織誘導作用的生物安全性；根據(jù)材料植入后組織發(fā)生及形成時限、生物力學性能及相關生物功能評價其臨床應用前景，并以臨床試驗及術后跟蹤作為驗證。 （ 2） 2020 年第七次世界生物材料大會，第一次作為專題出現(xiàn)的“組織誘導性生物醫(yī)用材料”吸引了來自世界各地的 100 多篇論文，會場數(shù)也從最初的一個增加到 4 個。體外培養(yǎng)活體細胞的主要問題涉及模擬體內環(huán)境培養(yǎng)活體細胞的復雜技術，時限性、免疫性、運輸、儲存等問題。 國外同類研究是通過人造血管替代羊的血管，動物體內生成血管內膜，取出殺活、去除免疫源性解決人造血管的抗凝血性問題，效果不理想。 3．建立在細胞和分子水平上研究和評價材料組織誘導性和生物相容性的整套方法和模型。尚未發(fā)現(xiàn)國際同類工作報導。需要在國內競爭擇優(yōu)支持的課題需明確說明如何競爭擇優(yōu)、如何組織落實。 （ 5）生物分子 、納米磷酸鈣功能界面和涂層分子設計和制備及其組織誘導作用和機理。 目標 ： 建立材料非骨組織誘導性的體、內外試驗及研究模型；提出材料表面 /界面與體內本征蛋白相互作用及選擇性吸附的理論模型；提出適于特定組織形成的微環(huán)境的表征，及其對細胞基因表達及分化途徑的調控規(guī)律和機理；證明材料對非骨組織的誘導作用；初步揭示誘發(fā)材料對非骨組織誘導作用的材料學因素，提出機理解 釋。 （ 2）材 料的表面設計及具有特異性信號分子的原位誘導功能界面的構建，信號分子與表面結合和對細胞分化的調控機制。 （ 6）材料生物安全性和功能性試 驗和評價，動物和臨床試驗模型的建立。爭取 1－ 2 項軟組織修復材料的國家食品藥品監(jiān)督管理局（ SFDA）生產許可證。 （ 3）材料 /DNA 復合物在動物體內的基因表達；材料多功能組分對基因表達的影響及其靶向機理。完成 1— 2 種用于微創(chuàng)傷治療的原位誘導組織形成和生長及裝載基因的生物材料的設計和制備及臨床前研究。 （ 2）心血管材料的微結構設計與制備。 （ 5）心血管材料生物功能化表面的抗凝血、生物安全性評價和體內應用研究。 承擔單位 ：南開大學、西南交通大學 課題負責人 ：孔德領（教授、博導）、黃楠（教授、博導） 經費比例 ： 12% 5．自組裝生物材料及其誘 導組織生長的機理 本課題基于組織誘導性材料和自然組織組成、結構與生物功能的關系研究，建立組織誘導材料分子設計及裝配原理。 （ 4）材料在體內超微結構，特別是納米特征的變化，降解、降解產物及其對 材料組織誘導性的影響。 承擔單位 ： 清華大學，武漢理工大學 課題負責人 ：崔福齋（教授、博導）、李世普（教授、博導） 經費比例 ： 13% 6． 天然絲素蛋白基材料及其組織誘導功能的構建 本課題研究具有多種潛在應用價值的、我國資源豐富的天然絲素蛋白基材料，構建其組織誘導功能。 （ 4）結合血管化活性的研究，構建能誘導細胞生長、增殖，形成具有良好形態(tài)、結構及功能的皮膚等軟組織修復材料。 獲得 2 種以上具有應用價值的蠶絲絲素蛋白基軟組織修復材 料和抗凝血材料。因此，對于材料組織誘導性與其組成、結構關系的認識，只有通過不同途徑形成的不同材料與特定功能組織間的相互作用的不同側面進行深入研究，才可能總結出共性的規(guī)律，解決本項目的關鍵科學問題，達到預期目標。每個課題從特定的側面揭示材料的組織誘導性與其組成和結構及微環(huán)境的關系，材料表面 /界面與特定組織間相互作用的規(guī)律和機制，以及具有特定組織誘導性生物功能材料的設計和構 建。 各課題組試驗材料的制備、裝配和表征，模型表面的構建。 建立初步的研究模型。 生長因子、基因、生物分子對材料及其表面的修飾和裝配，及對細胞特異性分化、增殖及組織形成的影響及機理。 揭示活性生物分子對細胞轉染、黏附、分化和組織形成的影響和機制。 研究內容 預期目標 第 三 年 組織誘導材料微環(huán)境的形成、表征及其降解和降解產物對細胞因子分泌、基因表達及細胞分化調控的影響和機理。 提出組織誘導微環(huán)境表征方法，揭示微環(huán)境對細胞因子分泌、基因表達及組織形成調控的規(guī)律和機理 。 骨誘導涂層材料進入臨床試驗 。 優(yōu)化材料的臨床試驗 。 提出誘發(fā)材料組織誘導作用的材料學和生物學因素；提出軟骨、皮膚、肌腱、神經、 肝、抗凝血材料及絲素皮膚和血管材料的設計原理 。 研究內容 預期目標 第 五 年 在各課題層面形成材料組織誘導性理論基礎上，形成材料組織誘導性理論 。 申報皮膚、軟骨及抗凝血器械產品生產注冊證近 4