【正文】 申報部、省及國家獎 ?4 項 。 申報產(chǎn)品生產(chǎn)注冊證 。 申報自裝配神經(jīng)、肝組織誘導材料生產(chǎn)注冊證 。 材料組織誘導作用的機理研究 。 第 四 年 研究并證明誘發(fā)材料組織誘導作用的材料學和生物學因素及組織誘導材料設計原理 。 給出材料組織誘導作用的分子生物學證據(jù) 。 材料誘導組織形成的分子生物學證據(jù)。 第二代骨誘導人工骨臨床試驗。 材料誘導組織形成的組織形態(tài)學證據(jù)。 發(fā)表論文近 60 篇，申請專利 6項。 骨誘導材料類骨磷灰石表面 /界面微結(jié)構(gòu)和骨誘導微循環(huán)的表征，對蛋白吸附譜、細胞因子分泌、基因表達及細胞分化途徑的影響和調(diào)控機制。同時，選擇的研究對象包括矯形及整形外科修復材料、血液相容抗凝血心血管系統(tǒng)修復材料，覆蓋了生物相容性材料市場 80%以上，研究內(nèi)容包括材料與機體間相互作用的基本規(guī)律，組織誘導性生物材料的設計和裝配以及其生物安全性和功能性的評價，因此將可以帶動我國整個現(xiàn)代生物醫(yī)用材料科學和產(chǎn)業(yè)體系的形成，并對其發(fā)展產(chǎn)生直接效應，實現(xiàn)本項目預期目標。 其中 1課題是通過材料自身的優(yōu)化設計而不外加生長因子或活體細胞，賦予材料誘導硬組織，特別是非骨組織再生的生物功能研究； 2課題是通過設計和構(gòu)建功能界面，賦予材料原位誘導形成的生物功能； 3課題是通過材料裝載功能基因，利用基因轉(zhuǎn)染和表達實現(xiàn)原位誘導組織形成，并對病變組織或器官實施基因治療； 4課題是通過材料表面分子設計和改性，賦予材料誘導抗凝血生物化表面形成的生物功能； 5課題是通過材料的組織誘導性與其結(jié)構(gòu)關(guān)系研究的結(jié)果，分子設計和裝配軟組織誘導生物材料； 6課題是針對具有很大的潛在應用價值的、生物相容性優(yōu)異的、我國資源豐富的天然絲素蛋白基生物材料，研究誘導組織再生的生物功能的構(gòu)建，亦為本項目上述研究結(jié)果的綜合例證。 承擔單位 ：蘇州大學 、北京理工大學 課題負責人 ：白倫（教授、博導） 經(jīng)費比例 ： 10% （四） 各課題間的相互關(guān)系，以及與項目總體目標和五年目標的關(guān)系 根據(jù)預期目標，本項目研究重點和核心是賦予材料誘導組織再生的生物功能，為發(fā)展具有誘導組織再生生物功能的生物醫(yī)用材料和制品奠定基礎；關(guān)鍵科學問題是在細胞和分子水平上深入認識材料的組織誘導性與其組成和結(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、細胞間的相互作用的規(guī)律，以及組織形 成環(huán)境對基因表達和細胞分化的影響。 （ 6）研究蠶絲絲素蛋白基材料或降解產(chǎn)物的免疫原性、機體對蠶絲絲素蛋白基材料的免疫應答機制 , 并通過對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胞間的相互作用 ,細胞在材料表面的粘附及生長特性。 目標 ： 闡明材料與神經(jīng)和肝細胞等的相互作用、微觀鏈接、特異性識別的機理；建立神經(jīng)和肝組織等誘導材料的分子設計和裝配原理，以及單細胞 /材料相互作用的膜電位檢測方法；自組裝制備出誘導神經(jīng)和肝組織修復的生物材料；建立其生物安全性評價標準和方法；完成臨床前試驗及臨床試驗，神經(jīng)修復材料取得國家 SFDA 生產(chǎn)許可證。 （ 2）材料與細胞的相互作用及特異性識別，微觀鏈接和過程及與組織修復相關(guān)的細胞激活及機制。研究和開發(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，并進入臨床試驗。 （ 3）材料表面生物大分子固定及細胞外基質(zhì)的修飾，及其對改善材料與內(nèi)皮細胞親和性的作用。 承擔單位 ：四川大學、武漢大學 課題負責人 ：顧忠偉（教授、博導）、卓仁禧（院士） 經(jīng)費比例 ： 30% 4．誘導抗凝血生物化表面的設計和構(gòu)建 本課題研究抗凝血材料表面的分子設計原理和改性機理，以賦予其誘導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用前景評價。 主要研究內(nèi)容 ： （ 1）原位誘導組織生長的高分子基因載體材料的分子設計、裝配原理和制備方法；分子結(jié)構(gòu)、組成等對 DNA 組裝的影響和作用。研制出 2－ 3 種原位誘導軟骨和皮膚的材料，達到臨床試驗水平。 （ 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)的三維誘導組織再生材料，并建立對該材料降解行為的體外和體內(nèi)試驗評價體系。 承擔單位 ：四川大學、 中國科學院上海硅酸鹽研究所 課題負責人 ：張興棟（教授、博導）、 劉宣勇 （副 研究員 、博士） 經(jīng)費比例 ： 22% 2．原位誘導組織再生材料及其功能界面 本課題重點研究可原位誘導軟骨和皮膚再生的三維材料及其功能表面的設計和構(gòu)建。 （ 7）材料表面 /界面表征及植入體表面，特別是納米級特征跟蹤及生物相容性評價。 主要研究內(nèi)容 ： （ 1）材料誘導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、細胞分化和組織形成途徑的影響和機理。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。將生物相容性的研究推進到分子水平，國際上分子相容性的研究近年來才起步。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。 本項目創(chuàng)新性地以通過材料自身優(yōu)化設計，而不是外加生長因子或活體細胞，以及裝載功能基因，通過基因轉(zhuǎn)染調(diào)控細胞行為而賦予材料誘導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性為研究重點，避開體外培養(yǎng)活體細胞的復雜技術(shù)，提高信號分子活性及有效作用，同時避免了體外培養(yǎng)活體細胞帶來 的其它問題，亦可大幅度節(jié)約治療費用。 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 隊，并有一批國家工程研究中心、國家和部省級重點實驗室，以及國家認證的生物醫(yī)用材料檢驗評價中心支撐。 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上提出，已有前 期研究成果作為基礎： （ 1）提出并建立了生物材料骨誘導理論，以及一整套在細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人工骨及仿骨人工骨取證上市。考察具有不同結(jié)構(gòu)特征的材料體內(nèi)組織誘導過程中信號分子和表征細胞分化功能的基因表達水平和時序，結(jié)合細胞、組織形態(tài)學分析，及體外試驗結(jié)果，探索評價材料組織誘導作用和生物安全性的分子標記。基于生物學和醫(yī)學研究結(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?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作用的標記或參量。 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 蛋白層對細胞的選擇性粘附 細胞沿特定組織形成途徑分化 體內(nèi)主要組織誘導分子及其構(gòu)型 3．結(jié)構(gòu) —— 組織誘導關(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特定組織形成的材料表面 /界面特征及用于特定組織修復的材料本體結(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)境信號分子表達水平，細胞，特別是間充質(zhì)細胞種類，特定細胞基因表達水平分析。 （ 1）建立特定組織誘導性研究的動物實驗模型，特別是能夠評價材料對特定組織誘導作用的實驗模型，如材料植入部位、植入方式、特定組織形成的表征等。通過體外和體內(nèi)實驗，研究細胞在不同特征的材料表面 /界面的粘附和分化行為，通過細胞形態(tài)、細胞分化的特征蛋白和基因表達的分析，闡明材料表面特征及其吸附蛋白對細胞粘附和分化的影響。選擇單一蛋白和多種蛋白吸附模式，體外實驗與體內(nèi)模型相結(jié)合，探索材料特征對吸附蛋白種類和蛋白吸附量的影響。故本項目將其列為研究內(nèi)容，擬應用項目研究的基本原理，充分利用絲素蛋白 基材料的特點，構(gòu)建誘導組織形成的生物功能。 表征材料的組織誘導作用，特別是非骨組織的誘導作用，必須建立合適的體外和體內(nèi)模型，同時，組織誘導作用的生物安全性是其應用的首要問題。基于上述研究結(jié)果，進一步研究材料生物功能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，設計和制造出具有組織誘導性的典型材料是本項目實施成效的重要標志。 由此看出，無論通過什么途徑賦予材料誘導組織形成的生物功能，需解決的關(guān)鍵問題是共同的，即：材料表面 /界面及其特征與蛋白、細胞相互作用、特異性識別和吸附 /粘附的規(guī)律和機理；微環(huán)境對基因表達、細胞分化途徑的調(diào)控及規(guī)律和機理。其基礎仍是了解 材料表面 /界面及其對基因活性和細胞行為的影響和規(guī)律。顯然，對表面 /界面與蛋白和細胞相互作用及其特異性識別及吸附 /粘附規(guī)律，以及微環(huán)境對細胞分化和組織形成影響的深入了解，是發(fā)展此類組織誘導性材料的關(guān)鍵。十分明顯，設計裝載信號分子的功能表面， 原位誘導組織形成，可避免模擬體內(nèi)環(huán)境體外培養(yǎng)細胞的既復雜又耗時的技術(shù)，已得到極大的關(guān)注。因此，通常認為無生命的生物材料之所以不可能誘導組織形成，關(guān)鍵是不具有誘導組織形成的生物化學信號分子等。 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 組織誘導性生物醫(yī)用材料（ Tissue Inducing Biomateri