【正文】 申報(bào)部、省及國(guó)家獎(jiǎng) ?4 項(xiàng) 。 申報(bào)產(chǎn)品生產(chǎn)注冊(cè)證 。 申報(bào)自裝配神經(jīng)、肝組織誘導(dǎo)材料生產(chǎn)注冊(cè)證 。 材料組織誘導(dǎo)作用的機(jī)理研究 。 第 四 年 研究并證明誘發(fā)材料組織誘導(dǎo)作用的材料學(xué)和生物學(xué)因素及組織誘導(dǎo)材料設(shè)計(jì)原理 。 給出材料組織誘導(dǎo)作用的分子生物學(xué)證據(jù) 。 材料誘導(dǎo)組織形成的分子生物學(xué)證據(jù)。 第二代骨誘導(dǎo)人工骨臨床試驗(yàn)。 材料誘導(dǎo)組織形成的組織形態(tài)學(xué)證據(jù)。 發(fā)表論文近 60 篇，申請(qǐng)專(zhuān)利 6項(xiàng)。 骨誘導(dǎo)材料類(lèi)骨磷灰石表面 /界面微結(jié)構(gòu)和骨誘導(dǎo)微循環(huán)的表征，對(duì)蛋白吸附譜、細(xì)胞因子分泌、基因表達(dá)及細(xì)胞分化途徑的影響和調(diào)控機(jī)制。同時(shí)，選擇的研究對(duì)象包括矯形及整形外科修復(fù)材料、血液相容抗凝血心血管系統(tǒng)修復(fù)材料，覆蓋了生物相容性材料市場(chǎng) 80%以上，研究?jī)?nèi)容包括材料與機(jī)體間相互作用的基本規(guī)律，組織誘導(dǎo)性生物材料的設(shè)計(jì)和裝配以及其生物安全性和功能性的評(píng)價(jià)，因此將可以帶動(dòng)我國(guó)整個(gè)現(xiàn)代生物醫(yī)用材料科學(xué)和產(chǎn)業(yè)體系的形成，并對(duì)其發(fā)展產(chǎn)生直接效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo)。 其中 1課題是通過(guò)材料自身的優(yōu)化設(shè)計(jì)而不外加生長(zhǎng)因子或活體細(xì)胞，賦予材料誘導(dǎo)硬組織，特別是非骨組織再生的生物功能研究； 2課題是通過(guò)設(shè)計(jì)和構(gòu)建功能界面，賦予材料原位誘導(dǎo)形成的生物功能； 3課題是通過(guò)材料裝載功能基因，利用基因轉(zhuǎn)染和表達(dá)實(shí)現(xiàn)原位誘導(dǎo)組織形成，并對(duì)病變組織或器官實(shí)施基因治療； 4課題是通過(guò)材料表面分子設(shè)計(jì)和改性，賦予材料誘導(dǎo)抗凝血生物化表面形成的生物功能； 5課題是通過(guò)材料的組織誘導(dǎo)性與其結(jié)構(gòu)關(guān)系研究的結(jié)果，分子設(shè)計(jì)和裝配軟組織誘導(dǎo)生物材料； 6課題是針對(duì)具有很大的潛在應(yīng)用價(jià)值的、生物相容性?xún)?yōu)異的、我國(guó)資源豐富的天然絲素蛋白基生物材料，研究誘導(dǎo)組織再生的生物功能的構(gòu)建，亦為本項(xiàng)目上述研究結(jié)果的綜合例證。 承擔(dān)單位 ：蘇州大學(xué) 、北京理工大學(xué) 課題負(fù)責(zé)人 ：白倫（教授、博導(dǎo)） 經(jīng)費(fèi)比例 ： 10% （四） 各課題間的相互關(guān)系，以及與項(xiàng)目總體目標(biāo)和五年目標(biāo)的關(guān)系 根據(jù)預(yù)期目標(biāo)，本項(xiàng)目研究重點(diǎn)和核心是賦予材料誘導(dǎo)組織再生的生物功能，為發(fā)展具有誘導(dǎo)組織再生生物功能的生物醫(yī)用材料和制品奠定基礎(chǔ)；關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題是在細(xì)胞和分子水平上深入認(rèn)識(shí)材料的組織誘導(dǎo)性與其組成和結(jié)構(gòu)及環(huán)境的關(guān)系，特別是材料表面 /界面與體內(nèi)蛋白、細(xì)胞間的相互作用的規(guī)律，以及組織形 成環(huán)境對(duì)基因表達(dá)和細(xì)胞分化的影響。 （ 6）研究蠶絲絲素蛋白基材料或降解產(chǎn)物的免疫原性、機(jī)體對(duì)蠶絲絲素蛋白基材料的免疫應(yīng)答機(jī)制 , 并通過(guò)對(duì)蠶絲絲素蛋白基材料本體及表面的處理，研究具有低免疫原性、又能使 機(jī)體免疫系統(tǒng)適度活化的絲素蛋白基生物醫(yī)用材料。 （ 2）蠶絲絲素蛋白基材料表面與細(xì)胞間的相互作用 ,細(xì)胞在材料表面的粘附及生長(zhǎng)特性。 目標(biāo) ： 闡明材料與神經(jīng)和肝細(xì)胞等的相互作用、微觀鏈接、特異性識(shí)別的機(jī)理；建立神經(jīng)和肝組織等誘導(dǎo)材料的分子設(shè)計(jì)和裝配原理，以及單細(xì)胞 /材料相互作用的膜電位檢測(cè)方法；自組裝制備出誘導(dǎo)神經(jīng)和肝組織修復(fù)的生物材料；建立其生物安全性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和方法；完成臨床前試驗(yàn)及臨床試驗(yàn)，神經(jīng)修復(fù)材料取得國(guó)家 SFDA 生產(chǎn)許可證。 （ 2）材料與細(xì)胞的相互作用及特異性識(shí)別，微觀鏈接和過(guò)程及與組織修復(fù)相關(guān)的細(xì)胞激活及機(jī)制。研究和開(kāi)發(fā)出具有優(yōu)異抗凝血效果的 12 種心血管植入材料，如小口徑人工血管或血管支架，并進(jìn)入臨床試驗(yàn)。 （ 3）材料表面生物大分子固定及細(xì)胞外基質(zhì)的修飾，及其對(duì)改善材料與內(nèi)皮細(xì)胞親和性的作用。 承擔(dān)單位 ：四川大學(xué)、武漢大學(xué) 課題負(fù)責(zé)人 ：顧忠偉（教授、博導(dǎo)）、卓仁禧（院士） 經(jīng)費(fèi)比例 ： 30% 4．誘導(dǎo)抗凝血生物化表面的設(shè)計(jì)和構(gòu)建 本課題研究抗凝血材料表面的分子設(shè)計(jì)原理和改性機(jī)理，以賦予其誘導(dǎo)抗凝血生物化表面形成的生物功能。 （ 5）生物安全性及臨床應(yīng)用前景評(píng)價(jià)。 主要研究?jī)?nèi)容 ： （ 1）原位誘導(dǎo)組織生長(zhǎng)的高分子基因載體材料的分子設(shè)計(jì)、裝配原理和制備方法；分子結(jié)構(gòu)、組成等對(duì) DNA 組裝的影響和作用。研制出 2－ 3 種原位誘導(dǎo)軟骨和皮膚的材料，達(dá)到臨床試驗(yàn)水平。 （ 4）利用自組裝的原理和技術(shù)制備具有一定宏觀形狀和微結(jié)構(gòu)的三維誘導(dǎo)組織再生材料，并建立對(duì)該材料降解行為的體外和體內(nèi)試驗(yàn)評(píng)價(jià)體系。 承擔(dān)單位 ：四川大學(xué)、 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所 課題負(fù)責(zé)人 ：張興棟（教授、博導(dǎo)）、 劉宣勇 （副 研究員 、博士） 經(jīng)費(fèi)比例 ： 22% 2．原位誘導(dǎo)組織再生材料及其功能界面 本課題重點(diǎn)研究可原位誘導(dǎo)軟骨和皮膚再生的三維材料及其功能表面的設(shè)計(jì)和構(gòu)建。 （ 7）材料表面 /界面表征及植入體表面，特別是納米級(jí)特征跟蹤及生物相容性評(píng)價(jià)。 主要研究?jī)?nèi)容 ： （ 1）材料誘導(dǎo)非骨組織再生的體內(nèi)外試驗(yàn)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(zhǎng)因子與材料的相互作用、特異性識(shí)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(zhǎng)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(duì)基因表達(dá)、細(xì)胞分化和組織形成途徑的影響和機(jī)理。國(guó)際上僅少數(shù)實(shí)驗(yàn)室有類(lèi)似工作，迄今未發(fā)現(xiàn)正式報(bào)導(dǎo)。將生物相容性的研究推進(jìn)到分子水平，國(guó)際上分子相容性的研究近年來(lái)才起步。心血管系統(tǒng)植入器械，國(guó)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(wèn)題，迄今仍不理 想，患者需每日服用抗凝血藥解決凝血問(wèn)題。 本項(xiàng)目創(chuàng)新性地以通過(guò)材料自身優(yōu)化設(shè)計(jì)，而不是外加生長(zhǎng)因子或活體細(xì)胞，以及裝載功能基因，通過(guò)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(hào)分子構(gòu)建功能表面賦予材料組織誘導(dǎo)性為研究重點(diǎn)，避開(kāi)體外培養(yǎng)活體細(xì)胞的復(fù)雜技術(shù)，提高信號(hào)分子活性及有效作用，同時(shí)避免了體外培養(yǎng)活體細(xì)胞帶來(lái) 的其它問(wèn)題，亦可大幅度節(jié)約治療費(fèi)用。 3．通過(guò)前期“ 973”項(xiàng)目實(shí)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(duì)，并有一批國(guó)家工程研究中心、國(guó)家和部省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，以及國(guó)家認(rèn)證的生物醫(yī)用材料檢驗(yàn)評(píng)價(jià)中心支撐。 可行性分析 1．本項(xiàng)目是在前期“ 973”生物醫(yī)用材料項(xiàng)目實(shí)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(shuō)，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(shí)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?？疾炀哂胁煌Y(jié)構(gòu)特征的材料體內(nèi)組織誘導(dǎo)過(guò)程中信號(hào)分子和表征細(xì)胞分化功能的基因表達(dá)水平和時(shí)序，結(jié)合細(xì)胞、組織形態(tài)學(xué)分析，及體外試驗(yàn)結(jié)果，探索評(píng)價(jià)材料組織誘導(dǎo)作用和生物安全性的分子標(biāo)記?；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?dòng)物種類(lèi)、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。 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(duì)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。 （ 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(hào)分子表達(dá)水平，細(xì)胞，特別是間充質(zhì)細(xì)胞種類(lèi)，特定細(xì)胞基因表達(dá)水平分析。 （ 1）建立特定組織誘導(dǎo)性研究的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，特別是能夠評(píng)價(jià)材料對(duì)特定組織誘導(dǎo)作用的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，如材料植入部位、植入方式、特定組織形成的表征等。通過(guò)體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，研究細(xì)胞在不同特征的材料表面 /界面的粘附和分化行為，通過(guò)細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞分化的特征蛋白和基因表達(dá)的分析，闡明材料表面特征及其吸附蛋白對(duì)細(xì)胞粘附和分化的影響。選擇單一蛋白和多種蛋白吸附模式，體外實(shí)驗(yàn)與體內(nèi)模型相結(jié)合，探索材料特征對(duì)吸附蛋白種類(lèi)和蛋白吸附量的影響。故本項(xiàng)目將其列為研究?jī)?nèi)容，擬應(yīng)用項(xiàng)目研究的基本原理，充分利用絲素蛋白 基材料的特點(diǎn)，構(gòu)建誘導(dǎo)組織形成的生物功能。 表征材料的組織誘導(dǎo)作用，特別是非骨組織的誘導(dǎo)作用，必須建立合適的體外和體內(nèi)模型，同時(shí)，組織誘導(dǎo)作用的生物安全性是其應(yīng)用的首要問(wèn)題?；谏鲜鲅芯拷Y(jié)果，進(jìn)一步研究材料生物功能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，設(shè)計(jì)和制造出具有組織誘導(dǎo)性的典型材料是本項(xiàng)目實(shí)施成效的重要標(biāo)志。 由此看出，無(wú)論通過(guò)什么途徑賦予材料誘導(dǎo)組織形成的生物功能，需解決的關(guān)鍵問(wèn)題是共同的，即：材料表面 /界面及其特征與蛋白、細(xì)胞相互作用、特異性識(shí)別和吸附 /粘附的規(guī)律和機(jī)理；微環(huán)境對(duì)基因表達(dá)、細(xì)胞分化途徑的調(diào)控及規(guī)律和機(jī)理。其基礎(chǔ)仍是了解 材料表面 /界面及其對(duì)基因活性和細(xì)胞行為的影響和規(guī)律。顯然，對(duì)表面 /界面與蛋白和細(xì)胞相互作用及其特異性識(shí)別及吸附 /粘附規(guī)律，以及微環(huán)境對(duì)細(xì)胞分化和組織形成影響的深入了解，是發(fā)展此類(lèi)組織誘導(dǎo)性材料的關(guān)鍵。十分明顯，設(shè)計(jì)裝載信號(hào)分子的功能表面， 原位誘導(dǎo)組織形成，可避免模擬體內(nèi)環(huán)境體外培養(yǎng)細(xì)胞的既復(fù)雜又耗時(shí)的技術(shù)，已得到極大的關(guān)注。因此，通常認(rèn)為無(wú)生命的生物材料之所以不可能誘導(dǎo)組織形成，關(guān)鍵是不具有誘導(dǎo)組織形成的生物化學(xué)信號(hào)分子等。 三、研究方案 （一）總體研究思路、技術(shù)路線及可行性 總體研究思路 組織誘導(dǎo)性生物醫(yī)用材料（ Tissue Inducing Biomateri