【文章內(nèi)容簡介】 誘導(dǎo)作用的影響。 （ 1）建立特定組織誘導(dǎo)性研究的動物實驗?zāi)Ｐ?，特別是能夠評價材料對特定組織誘導(dǎo)作用的實驗?zāi)Ｐ停绮牧现踩氩课?、植入方式、特定組織形成的表征等。 （ 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。 （ 3）植入體的力學(xué)性能，特 別是幾何形態(tài)、孔隙、表面構(gòu)型和微結(jié)構(gòu)及生物力學(xué)性能的表征和分析。 （ 4）裝載基因的載體材料表面和本體結(jié)構(gòu)與基因裝載及控釋性能表征。 （ 5）植入部位生理微環(huán)境的分析和表征，包括生理環(huán)境信號分子表達(dá)水平，細(xì)胞，特別是間充質(zhì)細(xì)胞種類，特定細(xì)胞基因表達(dá)水平分析。 （ 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。 （ 7）環(huán)境，特別是微環(huán)境參量調(diào)控，研究環(huán)境特征調(diào)控對細(xì)胞分化途徑及其基因 表達(dá)的影響，闡明誘導(dǎo)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(guān)系），對細(xì)胞分化途徑及基因表達(dá)的影響和規(guī)律。 （ 8）基于上述研究結(jié)果反饋信息指導(dǎo)材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計和構(gòu)建。 材料表面 /界面表征 特異性蛋白質(zhì)層的形成及其構(gòu)型和特征 蛋白層對細(xì)胞的選擇性粘附 細(xì)胞沿特定組織形成途徑分化 體內(nèi)主要組織誘導(dǎo)分子及其構(gòu)型 3．結(jié)構(gòu) —— 組織誘導(dǎo)關(guān)系及材料裝配 （ 1）根據(jù) 2 研究結(jié)果提出賦予材料誘導(dǎo)特定組織形成的材料表面 /界面特征及用于特定組織修復(fù)的材料本體結(jié)構(gòu)及其降解特性的要求。 （ 2）根據(jù) 2 的要求，借助計算機(jī)輔助設(shè)計功能，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)。 （ 3）優(yōu)化材料制備方法，如 基于生物分子調(diào)控的材料自組裝、特定結(jié)構(gòu)材料的分子設(shè)計、原位構(gòu)建、表面 /界面改性、材料分層設(shè)計和構(gòu)建、靶向功能基因的裝載與控釋等，根據(jù)組織修復(fù)與組織誘導(dǎo)能力優(yōu)化原則，構(gòu)建具有一定表面和本體特征的植入體，體內(nèi)外試驗評價組織誘導(dǎo)能力及生物功能性。 材料表面 /界面 特定生理環(huán)境表征 轉(zhuǎn)載基因 植入體生物力學(xué)性質(zhì)表征 組織形成 細(xì)胞分化途徑、基因表達(dá)影響 細(xì)胞分化、組織形成環(huán)境表征及變化 臨床試驗 表面 /界面及環(huán)境研究結(jié)果 分子與分層結(jié)構(gòu)設(shè)計 體內(nèi)外試驗 材料裝配 計算機(jī)結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計 原位誘導(dǎo)功能表面構(gòu)建 自組裝 原位構(gòu) 建基因裝載材料 表面改性 4．生物醫(yī)用材料的組織誘導(dǎo)生物功能及生物相容性試驗評價 （ 1）誘導(dǎo)非骨組織形成的動物模型的建立?；谏飳W(xué)和醫(yī)學(xué)研究結(jié)果，根據(jù)特定組織形成特征及生理環(huán)境分析，選擇恰當(dāng)?shù)膭游锓N類、植入部位、手術(shù)模型，探索表征材料組織誘導(dǎo)作用的標(biāo)記或參量。 （ 2）組織誘 導(dǎo)性材料誘導(dǎo)組織形成的體外評價?？疾炀哂胁煌Y(jié)構(gòu)特征的材料在特定細(xì)胞培養(yǎng)過程中對細(xì)胞形態(tài)、分化、特征蛋白和基因表達(dá)水平和時序的影響，探索材料組織誘導(dǎo)性評價的體外分子標(biāo)記。 （ 3）材料誘導(dǎo)組織形成的體內(nèi)試驗。考察具有不同結(jié)構(gòu)特征的材料體內(nèi)組織誘導(dǎo)過程中信號分子和表征細(xì)胞分化功能的基因表達(dá)水平和時序，結(jié)合細(xì)胞、組織形態(tài)學(xué)分析，及體外試驗結(jié)果，探索評價材料組織誘導(dǎo)作用和生物安全性的分子標(biāo)記。 （ 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。在基于ISO10993 系列的植入體生物安全性試驗基礎(chǔ)上，結(jié)合體內(nèi)外試 驗過程的分子標(biāo)記及長期植入試驗跟蹤，評價材料組織誘導(dǎo)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(xué)性能及相關(guān)生物功能評價其臨床應(yīng)用前景，并以臨床試驗及術(shù)后跟蹤作為驗證。 5．研究結(jié)論驗證 —— 絲素蛋白基材料的生物功能構(gòu)建 基于上述研究結(jié)果，設(shè)計和優(yōu)化天然絲素基材料的組織誘導(dǎo)性，研究其誘長期植入跟蹤 表征組織誘導(dǎo)的體內(nèi)外試驗?zāi)Ｐ? 生物安全性分子標(biāo)記研究 組織形成與基因表達(dá)及水平的關(guān)系 體內(nèi)植入試驗 ISO 10993 標(biāo)準(zhǔn)試驗 細(xì)胞 /組織形態(tài)學(xué)研究 試驗評價 科學(xué)基礎(chǔ) 組織誘導(dǎo)性評價模型 生物安全性評價 生物功能性評價 分子事件表達(dá) 功能分析試驗 導(dǎo)機(jī)理，評價其生物安全性及生物功能性。 可行性分析 1．本項目是在前期“ 973”生物醫(yī)用材料項目實施基礎(chǔ)上提出，已有前 期研究成果作為基礎(chǔ)： （ 1）提出并建立了生物材料骨誘導(dǎo)理論，以及一整套在細(xì)胞和分子水平上的研究方法和模型； （ 2）已發(fā)現(xiàn)材料誘導(dǎo)軟骨形成； （ 3）提出“維持血液凝血系統(tǒng)核心蛋白構(gòu)象不變”的材料抗凝血假說，研究出一系列高分子兩性離子和鈦金屬 TiO 膜抗凝血改性表面； （ 4）合成和裝配出一系列高分子基因控釋載體材料，并具有接近于當(dāng)前世界上最高的基因轉(zhuǎn)染率； （ 5）基于高分子材料的分子識別，研制出特異性血液免疫吸附材料； （ 6）自組裝獲得仿骨結(jié)構(gòu)； （ 7）研制出新一代骨誘導(dǎo)人工骨及仿骨人工骨取證上市。 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。 （ 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(dǎo)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。英國國家多學(xué)科生物材料研究中心、日本國家材料研究所、荷蘭萊頓大學(xué)和法國等均已列項和組織力量開展研究。 3．通過前期“ 973”項目實施，已形成一支以中、青年為骨干的高水平的具有創(chuàng)新性的研究團(tuán) 隊，并有一批國家工程研究中心、國家和部省級重點實驗室，以及國家認(rèn)證的生物醫(yī)用材料檢驗評價中心支撐。 （二）創(chuàng)新點 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。體外培養(yǎng)活體細(xì)胞的主要問題涉及模擬體內(nèi)環(huán)境培養(yǎng)活體細(xì)胞的復(fù)雜技術(shù)，時限性、免疫性、運輸、儲存等問題。對于外加生長因子，由于對材料和生長因子及其相互作用與材料 表面 /界面分子結(jié)構(gòu)和微結(jié)構(gòu)的關(guān)系，材料對生長因子的特異性識別、選擇性吸附和解吸規(guī)律和機(jī)制認(rèn)識不足，因而恰當(dāng)?shù)奈捷d體和生長因子在材料中的裝配，一直是未能解決的問題，從而影響了昂貴的生長因子的有效合理使用。 本項目創(chuàng)新性地以通過材料自身優(yōu)化設(shè)計，而不是外加生長因子或活體細(xì)胞，以及裝載功能基因，通過基因轉(zhuǎn)染調(diào)控細(xì)胞行為而賦予材料誘導(dǎo)組織形成的生物功能為特色；并以此特色和裝配信號分子構(gòu)建功能表面賦予材料組織誘導(dǎo)性為研究重點，避開體外培養(yǎng)活體細(xì)胞的復(fù)雜技術(shù)，提高信號分子活性及有效作用，同時避免了體外培養(yǎng)活體細(xì)胞帶來 的其它問題，亦可大幅度節(jié)約治療費用。 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。 國外同類研究是通過人造血管替代羊的血管，動物體內(nèi)生成血管內(nèi)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。迄今國際尚無小直徑人造血管上市。心血管系統(tǒng)植入器械，國外大量使用植入器械表面釋藥及各向同性碳涂層解決抗凝血性問題，迄今仍不理 想，患者需每日服用抗凝血藥解決凝血問題。本項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。 3．建立在細(xì)胞和分子水平上研究和評價材料組織誘導(dǎo)性和生物相容性的整套方法和模型。通過材料表面 /界面分子結(jié)構(gòu)和納米尺度微結(jié)構(gòu)與蛋白和細(xì)胞基因表達(dá)的相互關(guān)系研究，探索和提出評價材料誘導(dǎo)組織再生的生物功能性和生物相容性的分子標(biāo)記。將生物相容性的研究推進(jìn)到分子水平，國際上分子相容性的研究近年來才起步。 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)。尚未發(fā)現(xiàn)國際同類工作報導(dǎo)。 5．發(fā)展裝載基因原位構(gòu)建組織誘導(dǎo)支架的設(shè)計和技術(shù)。國際上僅少數(shù)實驗室有類似工作，迄今未發(fā)現(xiàn)正式報導(dǎo)。 （三）課題設(shè)置 （ 分別說明每個課題的主要研究內(nèi)容、目標(biāo)、承擔(dān)單位、課題負(fù)責(zé)人及課題在整個項目經(jīng)費中所占比例等。需要在國內(nèi)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。 ） 共設(shè)置六個課題 1．生物材料 組織誘導(dǎo)作用的誘發(fā)及機(jī)理 本課題基于材料骨誘導(dǎo)作用研究的進(jìn)一步深化，重點研究通過材料自身優(yōu)化設(shè)計，賦予其誘導(dǎo)非骨組織再生的生物功能，并擴(kuò)大 三維結(jié)構(gòu)組織誘導(dǎo)性材料到二維（涂層）組織誘導(dǎo)性材料。 主要研究內(nèi)容 ： （ 1）材料誘導(dǎo)非骨組織再生的體內(nèi)外試驗和研究模型； （ 2）材料表面 /界面及其結(jié)構(gòu)（特別是分子結(jié)構(gòu)和微結(jié)構(gòu)）的表征、體內(nèi)誘導(dǎo)骨和非骨組織組織形成的主要生長因子與材料的相互作用、特異性識別及選擇性吸附規(guī)律及其理論模型； （ 3）誘導(dǎo)骨和非骨組織生長的三維微環(huán)境的形成、表征及其與材料表面和本體的組成、結(jié)構(gòu)和生理環(huán)境的關(guān)系，對基因表達(dá)、細(xì)胞分化和組織形成途徑的影響和機(jī)理。 （ 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。 （ 5）生物分子 、納米磷酸鈣功能界面和涂層分子設(shè)計和制備及其組織誘導(dǎo)作用和機(jī)理。 （ 6）材料生物相容性和生物功能性評價的分子標(biāo)記。 （ 7）材料表面 /界面表征及植入體表面，特別是納米級特征跟蹤及生物相容性評價。 （ 8）臨床試驗?zāi)Ｐ图凹夹g(shù)。 目標(biāo) ： 建立材料非骨組織誘導(dǎo)性的體、內(nèi)外試驗及研究模型；提出材料表