具有抗菌性和生物相容性的壳聚糖/羟基磷灰石三维复合材料:一种具有抗菌能力的骨组织工程支架

<正>组织工程是利用种子细胞、支架材料和生长因子,通过体外培养或构建的方法,实现受损组织和器官的修复和再造,在再生医学领域有重要应用.近年来,作为组织工程最重要的部分,支架材料的设计和制备得到了快速的发展.但是,在临床应用中,进行支架或者再生组织移植时,却面临着感染的风险.细菌或真菌感染不但会直接导致组织修复失败,还会增加患者治疗或者二次手术的疼痛和费用.因此,构建具有抗菌性能的支架材料在组织工程临床应用中具有重要     

编者按

生物医用材料(biomedical materials)是用于对生物体进行诊断、治疗和置换损坏的组织、器官或增进其功能的材料. 按用途可分为组织修复材料(含组织工程与组织诱导材料、植入材料与人工器官等)、药物释放材料与基因载体、临床诊断和生物传感器材料3大类, 当然还包括其他一些特殊的医用材料; 按材料在生理环境中的生物、化学反应水平可分为近于惰性的生物医用材料和生物活性材料两大类; 按照是否降解可以分为可生物降解与吸收的材料以及不可降解材料两大类; 按材料组成和性质分为医用金属材料、医用高分子材料、医用陶瓷材料3大类以及生物衍生材料和医用复合材料等特别种类.     

生物材料的研究和展望

生物材料的研究是随着新兴材料科学、现代生物技术和现代医学的发展而发展起来的.新型生物材料的研究与应用将为人体组织与器官的修复和替换,以及新型复合材料的仿生设计展示光辉的前景.因此各国对生物材料的研究与开发都投入了大量的人力、物力和财力,企图居于领先地位.国际间的竞争由技术竞争逐渐转变为市场竞争.本文对生物材料的研究现状、正在探索的目标和应用前景作了综合性的介绍.     

细胞怎样感知与响应微环境机械力学性能

近年来,随着细胞力学行为相关研究的深入发展,细胞与微环境的物理力学联系不断被揭示.细胞力学刺激与响应已被充分证明在微观的细胞铺展、迁移、增殖、分化等行为,以及宏观的胚胎发育、组织形成、疾病发展等至关重要的生物过程中扮演决定性角色.与细胞力刺激相关的刚度、形貌、配体分布等物理性能也因此成为生物材料设计的重要参数.然而,这些静态的物理参数怎样给予细胞力学刺激,细胞又是怎样感受微环境中的机械力学性能,这是一个有趣的话题.本文详细介绍了细胞的力学响应机制,突出了细胞内作用力在细胞力学响应过程中的决定性作用;从分子生物学角度阐述了细胞内力的传递与力学信号转导过程;借此助力生物材料领域学者对细胞与生物材料相互作用的理解,推动细胞与分子生物力学的发展以及新型生物材料的研究与开发.     

无机纳米材料在骨组织工程与再生医学中的应用

自组织工程与再生医学概念提出以来,组织工程与再生医学特别是骨组织工程与再生医学得到了突飞猛进的发展.支架材料作为骨组织工程与再生医学三要素之一扮演着至关重要的角色.10余年来,大量的研究工作围绕支架材料展开.纳米生物材料尤其是无机纳米生物材料,具有优良的机械性能和生物相容性,成为制备骨组织工程与再生医学支架材料的理想选择,呈现出广阔的应用前景.本文对近年来无机纳米材料,包括羟基磷灰石、硅基纳米材料,含碳纳米材料及几种金属纳米材料在骨组织工程与再生医学中的应用进行综述.     

生物陶瓷

人体由于疾病、战争以及生产、交通或体育运动等事故所造成身体组织、器官的损伤,需要进行修补或更换。随着医疗技术的发展,这种修补、更换已成为可能,但还必需要有合适的材料。供修补更换用的假体材料,就叫做生物材料。这方面已经引起化学家、材料科学家、生理学家和外科医生们的极大兴趣,成为近年来迅速发展的生物工程的重要研究内容之一。     

磁性氧化铁纳米颗粒的生物相容性研究进展

磁性氧化铁纳米颗粒的生物相容性是其应用于临床研究的前提之一. 生物相容性一般是指材料与宿主之间的相容性, 包括组织相容性和血液相容性. 目前认为, 对生物材料的生物相容性研究与评价应从整体、细胞和分子这3 个水平全方位进行. 本文主要将近期通过细胞、分子和整体水平相关试验进行的磁性氧化铁纳米颗粒生物相容性评价工作的进展及其研究中存在的问题作一综述.     

第九次世界生物材料大会将在成都召开

第九次世界生物材料大会(9th World Biomaterials Congress)将于2012年6月1~5日在成都举行.本次大会由国际生物材料科学与工程学会联合会发起,中国生物材料委员会主办,四川大学、成都市政府承办.世界生物材料大会是全球生物材料界规模最大、层次最高的综合性大会.本次大会以"新型生物材料及其与再生医学交叉的前沿"为主题,交流内容涉及生物医学材料、医     

磁场对机体免疫、组织修复和纤维化形成的影响

组织的修复与再生是生物体至关重要的生物学过程,包括炎症期、增生期及重塑期3个阶段.机体免疫系统在每个阶段均发挥了重要的作用,其主要通过免疫细胞及其分泌的细胞因子协同工作,以便调节组织修复及再生.近年,随着电子设备及磁性材料的普及应用,磁场的生物学效应受到了广泛关注,且关于磁场对生物体组织修复影响的研究取得了一系列的进展.研究表明,不同类型不同强度的磁场,在多种疾病模型中能够激活机体免疫系统,通过改变巨噬细胞、间充质干细胞、髓系抑制性细胞及中性粒细胞等免疫细胞的数量、功能与表型影响组织修复的进程.相比之下,磁场对纤维化和瘢痕形成的研究较少.本文以机体免疫系统为中心,对磁场影响组织修复和纤维化的最新研究结果进行综述,以便探讨磁场在组织修复和纤维化形成中的作用,寻找利用磁场治疗疾病的新思路.     

生物材料的发展方向

大多数人一生中都能接触到生物材料,后者可被用于接触眼镜、人工肾及外伤敷料等领域。但是,生物材料的发展至少还存在二个难题。其一,对生物材料的理化功能及人体对材料的反应没有完全了解,因而有关聚合物特性、计算机科学及细胞分子生物学方面的进展对生物材料的研究将起到重要作用;其二是许多生物材料的效果还不尽人意,这毫不奇怪,因为其中许多材料原本并不是以医用目的而设计的。     

细胞直接受控组装技术的实现与研究进展

组织器官损伤和功能障碍是全人类共同关注的问题[1],如何从根本上解决组织器官的修复与重建,是当前科学研究的热点.上世纪末,出现了细胞间接受控组装技术,即在已成形支架上种植细胞的组织工程.这一技术为人工器官的制造开创了一条崭新的道路,但仅局限于某些组织,如骨、皮肤和肌     

氨基酸残基手性对肽基水凝胶性能的影响

肽基水凝胶作为一种可降解、生物相容性良好的生物材料,其氨基酸残基手性对水凝胶性能具有显著影响.一般情况下,在水凝胶骨架中引入D型氨基酸残基会增强水凝胶对蛋白酶水解的抵抗性,以及增强材料在宿主体内的免疫响应.同时,不同残基手性也会对细胞行为,如干细胞分化、骨修复,以及水凝胶的凝血、抗菌和抗肿瘤性能产生明显的影响.本文综述了近年来氨基酸残基手性在影响肽基水凝胶性能方面的研究,针对开环聚合获得的聚肽和缩合方法(包括固相合成)制备的寡肽与多肽等材料,重点阐述了氨基酸残基手性对肽分子及其水凝胶的二级结构、凝胶化性能、降解、免疫响应等性质,以及体外细胞行为、体内组织再生、抗菌性能和抗肿瘤作用等生物医学应用方面的影响.     

透明质酸-壳聚糖-明胶复合体系对L929细胞凋亡和细胞周期的影响

在壳聚糖-明胶体系中引入透明质酸, 通过磷脂酰基醇(PI)细胞周期分析和膜连蛋白-异硫氢酸荧光素(annexin V-FITC)与PI复染法检测细胞凋亡, 结果表明: 透明质酸的加入可以缩短细胞在壳聚糖-明胶材料表面的适应时间, 使细胞尽快进入正常的细胞周期; 同时, 透明质酸可以有效地抑制材料触发的细胞凋亡. 因此, 透明质酸可以有效地提高壳聚糖-明胶体系的细胞相容性, 有利于生物材料的仿生化.     

封面说明

正生物医用材料是用来对生命体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的材料.随着对生命体认识的不断深入,生物医用材料的研究也在进一步向更广阔、更深入的方向进军.从基础原材料的合成、纳米组装体的制备、宏观尺寸材料的构建,到药物传输新技术、材料与细胞或机体的相互作用研究等,材料化学与生物医学的交叉不断深入,并催生了很多新兴学科的出现.中国学者在生物医用材料的各领域都开展了积极的研究,成为生物医用材料国际舞台上的一支重要力量.本期"生物医用材料专题"集中展现了中国学者在生物医用材料领域的最新研究进展,期望助力这一领域的产、学、研、用的融合,推动生物医用材料基础研究和应用产业的发展.     

组织器官的区域免疫特性与疾病机理研究

免疫学是一门理论探索性强、实际应用性大的生物医学领域前沿性支柱性学科,是连接基础医学与临床医学的桥梁学科,也被誉为转化医学的核心学科.近年的研究表明,以往以血液和骨髓为主体的免疫学研究数据与肠、肺、泌尿系统等称为黏膜免疫系统组织器官的免疫学特性存在巨大区别,更与尚未列为免疫器官而又独具免疫特性的器官/组织(如肝、胰、骨、子宫、肾等)的特性相差甚远.这些"非专职"的免疫器官/组织由于具有独特的结构和微环境,含有独特的免疫细胞亚群和功能分子,构成了独特的区域免疫学特性,并与所在区域的器官/组织的众多疾病的发生发展紧密相关.目前,多数"非免疫"组织器官的区域免疫特性及其疾病机理、"专职免疫"器官与"非免疫"器官间的区域免疫特性的关系以及循环免疫系统对主要组织器官的区域免疫特性形成的关系均缺乏系统研究.对这些组织器官的区域免疫学特性、细胞分子调控网络进行基础性、前沿性的先导研究,将揭示区域免疫反应与重大疾病的内在联系,有助于寻找新的免疫治疗靶点.这既是免疫学研究的前沿领域,又符合国家的重大需求.     

光学相干层析及其在实验力学中的应用

光学相干层析(optical coherence tomography, OCT)是一种基于低相干干涉原理的层析成像方法,具有非侵入和快速成像等优点,可用于透明和半透明生物组织和材料内部微米级分辨率和毫米级深度的层析成像.与数字图像相关方法或位相测量等技术相结合之后, OCT还可作为一种弹性成像方法,用于载荷作用下物体内部位移与应变的全场测量,且灵敏度可分别达到纳米级和微应变级.目前, OCT弹性成像已广泛应用于眼角膜、皮肤、肿瘤、高聚物、复合材料等多种生物组织与非生物材料的测试,为定量评价组织与材料内部微观力学特性的分布提供有效的实验手段.本文在介绍OCT成像原理、位移与应变场重构方法的基础上,总结了OCT在实验力学中的典型应用,并探讨了该方法目前存在的问题与挑战.     

液气相变型超声分子探针研究进展

随着分子成像技术和各种纳米生物材料的迅速发展,医学影像技术有望对人体疾病实现从器官、组织水平到细胞、分子水平全方位、多层次在体实时观察.通过基于分子靶标的肿瘤早期诊断、革命性的肿瘤分子分型以及肿瘤边界确定和术中手术导航的全面开展,实现精准医学.超声分子影像是分子影像学的一个新的分支,在近10年发展迅速.液气相变型超声分子探针凭借其良好的穿透性以及诊疗一体化等优点,已显示出其优于传统超声分子探针的众多优势,在基础与临床应用方面展现出巨大潜力.本文对液气相变型超声分子探针的相变机制以及近几年在生物医学应用领域的研究进展进行了综述.     

克隆人体器官--未来的新兴产业

像更换汽车零件一样更换人体坏旧的器官,是人类的梦想。从20世纪80年代起,人类已能进行器官移植了。目前移植器官或组织主要有三个途径。一是自体移植,这种方法不会产生排异反应,但却是牺牲自身正常的组织修复损伤的组织,是拆东墙补西墙,如烧伤病人治疗中广泛采用的自体植皮。但人体许多器官是惟一的,如心脏等,一旦无药可救,只能求救于他人。二是同种异体移植。如肾移植,尽管     

宽禁带氧化锌半导体材料的未来与挑战

正第三代半导体材料具有宽禁带、高击穿场强、高激子束缚能、高饱和电子漂移速度的典型特征,在半导体照明、下一代通信技术、能源互联网、高速轨道交通、电力电子器件与新能源器件等领域应用广泛,已经成为未来半导体材料领域全球战略竞争新高地.近年来,美国、日本、英国、欧盟等国家和地区分别通过启动国家计划、设立国家创新中心等方式,持续加大对第三代半导体材料与器件的基础研究,不断推进其技术实现应用突破.自     

同源区DNA顺序的结构和功能——发育遗传学研究的一个新进展

一个生命体是一个等级式的组织结构,由已知的最小的亚原子粒子开始,逐级构成了原子、分子、大分子、细胞器、细胞、组织、器官,最后成为完整的机体。拿我们自身来说,一个人体有神经、肌肉、骨胳、呼吸、消化、内分泌、血液循环、泌尿、生殖和感觉等器官或器官系统;每一器官行使一定的功能,分别由许多种特定的组织和细胞所构成,一个成年人体