【正文】 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。 承 擔(dān)單位 ：浙江大學(xué)、華南理工大學(xué) 課題負(fù)責(zé)人 ：高長有（教授、博導(dǎo)、國家杰出青年基金獲得者）、王迎軍（教授、博導(dǎo)） 經(jīng)費(fèi)比例 ： 13% 3．裝載基因材料的分子設(shè)計及組織誘導(dǎo)作用和機(jī)理 本課題研究裝載功能基因的組織誘導(dǎo)材料，及基因轉(zhuǎn)染、組織誘導(dǎo)和病變組織清除的機(jī)理。發(fā)表 SCI 收錄的論文 60 篇以上，申請國家發(fā)明專利 5 項以上。 目標(biāo) ： 闡明軟骨和皮膚細(xì)胞外基質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、功能及其相互的關(guān)系；仿生設(shè)計合成特定組織的細(xì)胞外基質(zhì)；揭示材料與軟骨和皮膚發(fā)生和形成相關(guān)的主要信號分子的相互作用、及對其識別及選擇性吸附規(guī)律和機(jī)理；提出軟組織誘導(dǎo)性材料的功能表面構(gòu)建原理，及其對特定細(xì)胞粘附、分化和組成形成調(diào)控的機(jī)理。 （ 5）可注射原位聚合或固化成型的軟骨支架設(shè)計和構(gòu)建。 （ 3）原位誘導(dǎo)軟骨和皮膚的功能界面與細(xì)胞外基質(zhì)分子粘附、細(xì)胞生長、分化和誘導(dǎo)再生功能間的關(guān)系；材料表面 /界面與基質(zhì)蛋白、細(xì)胞間作用的規(guī)律和機(jī)制；軟骨和皮膚細(xì)胞的生長、增殖機(jī)制及與材料的融合機(jī)理。 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。完成專著一部，發(fā)表 SCI 收錄論文 100 余篇，獲國家發(fā)明專利 10 項左右；研發(fā)出 3 種左右新型組織誘導(dǎo)性生物醫(yī)用材料和涂層，進(jìn)入臨床試驗，力爭取證。 （ 8）臨床試驗?zāi)Ｐ图凹夹g(shù)。 （ 6）材料生物相容性和生物功能性評價的分子標(biāo)記。 （ 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。 ） 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(diǎn)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。 （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(fèi)中所占比例等。 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)。 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)。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。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。迄今國際尚無小直徑人造血管上市。 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。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。 （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。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。 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。 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。 （ 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。 （ 3）材料誘導(dǎo)組織形成的體內(nèi)試驗。 （ 2）組織誘 導(dǎo)性材料誘導(dǎo)組織形成的體外評價。 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。 （ 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)。 （ 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。 （ 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。 （ 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。 （ 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。 2．組織形成環(huán)境 —— 對細(xì)胞基因表達(dá)及分化途徑的影響和關(guān)系研究 研究誘導(dǎo)特定組織形成的微環(huán)境的形成、表征及其對組織誘導(dǎo)作用的影響。 （ 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。 （ 4）吸附蛋白分子后的材料表面對細(xì)胞粘附和分化的影響。 （ 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。 （ 2）不同表面特征的材料對特定組織形成信號分子的吸附研究。一方面作為研究結(jié)果的驗證，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。但來自異種動物的膠原，由于其免疫性等問題限制了它的使用，蠶絲絲素蛋白是我國的一種資源豐富的天然高分子，研究表明，具有良好的生物安全和可控降解性，有很大的應(yīng)用前景。因此，本項目亦將其研究列為主要研究內(nèi)容。因此，本項目將材料結(jié)構(gòu)與組 織誘導(dǎo)功能的關(guān)系、自裝配以及材料的生物降解亦列為主要研究內(nèi)容。自然組織本身就具有再生的功能，通過計算機(jī)分析和模擬設(shè)計，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。 材料的表面 /界面及本體結(jié)構(gòu)是決定材料對組織誘導(dǎo)作用的根本。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。對此，目前尚未見有成功的報導(dǎo)。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。本項目對材料組織誘導(dǎo)性提出一個新思路，即利用材料轉(zhuǎn)染基因來調(diào)控細(xì)胞行為，使其可分泌生長因子等特異性蛋白，從而調(diào)控細(xì)胞向特定組織分化，或增進(jìn)其組織誘導(dǎo)能力，以賦予材料組織誘導(dǎo)性。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。如果表面 /界面可選擇性吸附骨生長因子和骨組織細(xì)胞，將可能誘導(dǎo)新骨形成；選擇性吸附內(nèi)皮細(xì)胞則有可能形成血管內(nèi)膜 。 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，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。顯然，了解材料表面 /界面及微環(huán)境與生長因子和活體細(xì)胞的相互作用及規(guī)律，是設(shè)計滿足上述材料的關(guān)鍵，最佳途徑無疑是仿相應(yīng)自然誘導(dǎo)組織形成過程示意圖 間充質(zhì)細(xì)胞 生物化學(xué)信號分子 前體細(xì)胞 成組織細(xì)胞 特定組織細(xì)胞 特定組織形成 細(xì)胞外基質(zhì)形成 環(huán)境調(diào)控 組織設(shè)計和裝配。 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。（ 3）一個恰當(dāng)?shù)慕M織形成環(huán)境，即可容納細(xì)胞、細(xì)胞產(chǎn)物、細(xì)胞外基質(zhì)的支架或襯底，且其可對組織形成過程中基因表達(dá)和細(xì)胞分化途徑調(diào)控，確保其沿特定組織形成的途徑分化并最終形成特定的組織。公認(rèn)的看法 是：一種組織能被誘導(dǎo)形成，必須滿足三個條件：（ 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 。 5. 作為基礎(chǔ)研究成果的反映，本項目將發(fā)表 400 余篇學(xué)術(shù)論文，其中絕大多數(shù)為 SCI 等三大檢索系統(tǒng)收錄和引用，并獲得 20 多項專利，爭取獲得幾項國家級或部、省級獎。 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，以及試驗和研究材料組織誘導(dǎo)性的模型，評價其生物相容性和組織誘導(dǎo)性的系列方 法。 五年預(yù)期目標(biāo) 1. 發(fā)展“ 973”前期生物材料骨誘導(dǎo)理論，初步形成較為完整的生物材料組織誘導(dǎo)性理論，保持我國此方面研究的優(yōu) 勢和領(lǐng)先地位。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)實驗室，國家工程技術(shù)研究中心，生物材料和