T生物医用材料及应用中国材料研讨会.docx

1、T生物医用材料及应用中国材料研讨会T.生物医用材料及应用分会主席：顾忠伟、王迎军、郑玉峰单元T1：2011年5月19日上午主持人：张先正8:30-8:55 am *T1 新一代生物医用材料：肽类树状大分子顾忠伟；四川大学国家生物医学材料工程技术研究中心8:55-9:20 am *T2不同DNA复合物在基质介导基因传递中的性能程巳雪，陈思，赵东，卓仁禧；武汉大学化学与分子科学学院生物医用高分子材料教育部重点实验室引言：基因传递领域存在的主要问题是有效性和安全性，在体内，载体/DNA复合物容易聚集，且很快被降解、清除，能够到达病损组织的很少。基质介导传递(substrate-mediated de

2、livery)可以克服上述基因传递的细胞外屏障，通过将载体/DNA复合物负载到高分子基质的表面或内部，调控DNA或DNA复合物在病损部位的释放、降低对其它组织的毒副作用1。在本研究中，我们合成了具有表面降解特性的快速降解功能化星型聚乳酸2，用于负载多种不同DNA复合物、研究其介导基因转染的性能3-7。实验：用胆酸作为引发剂直接引发D,L-丙交酯的开环聚合，得到以胆酸为核的星型聚乳酸2。用星型聚乳酸负载多种DNA复合物体系包括：PAMAM/DNA、PAMAM/DNA/heparin、PAMAM/DNA/heparin-biotin、Lipofectamine 2000/DNA、Ca-P/DNA、

3、Ca-P/DNA/KALA多肽、CaCO3/DNA等。通过体外细胞实验测试这些体系在多种细胞系中介导基因转染的效果。结果与讨论：不同DNA复合物在基质介导基因传递中具有不同的性能。当基因载体为阳离子高分子及阳离子脂质体时，在制备基质介导基因传递系统的干燥过程中，DNA的活性易降低，导致其基质介导基因转染的效率不如溶液相转染，因此需要另外加入水溶性高分子聚-, -（2-羟乙基）-L-天冬酰胺(PHEA)以保护DNA活性，才能使其介导基因转染的效率与溶液相转染相当3,4。而含无机组份的基因载体在制备干燥过程中能较好地保持DNA的活性，无须加入保护DNA活性的添加剂，其基质介导基因转染的效率就可以达

4、到与溶液相转染相当的水平5。在DNA复合物中引入靶向基团（生物素）以及细胞穿透肽，其在基质介导基因转染的作用与溶液相转染类似，均可提高基因表达效果7。结论：在各自优化的条件下，不同DNA复合物的基质介导基因传递的效果均可达到与溶液相转染相当的水平。负载在功能化星型聚乳酸中的DNA复合物可以被快速释放出来，高效地介导基因转染。创面中大量的组织液流失以及炎症反应已经成为当今的创伤护理领域最主要的难题1。水凝胶由于其优异的生物相容性以及吸水保水能力，被广泛地应用在软组织工程支架领域。但是，水凝胶的机械强度往往不高，这极大地限制了水凝胶的广泛使用。另外，考虑到纳米银和银离子是受到大家广泛认同的广谱抗菌

5、剂2,3，所以，我们在明胶/羧甲基壳聚糖水凝胶中原位合成纳米银颗粒，在保持水凝胶优秀的溶胀性能的同时，提高其机械性能及抗菌性。将不同浓度的AgNO3水溶液加入到混合好的明胶和羧甲基壳聚糖粉末中，混合均匀后置于60Co射线源辐照。高能的射线使明胶和羧甲基壳聚糖形成交联网络，同时还原原位生成纳米银颗粒，均匀地结合到聚合物网络之中。9:20-9:35 am T3基于紫杉醇的自组装小分子水凝胶王怀明，杨志谋；南开大学生物活性材料教育部重点实验室紫杉醇作为一种非常有效地抗癌药物在临床上有着广泛的应用。由于其水溶性较差，临床上使用时需要使用有机溶剂帮助溶解，给病人带来很大的痛苦。为了解决紫杉醇水溶性差的问

6、题，科研工作者发展了各类紫杉醇的载体，包括高分子、脂质体、蛋白质等。这些载体解决了紫杉醇的溶解性问题，然而，一般而言，紫杉醇在这些载体中的载药量不太高（一般低于百分之五），并且，多数载体的化学合成较难。我们认为，自组装的策略不仅能像上述载体一样解决紫杉醇的溶解度问题，而且能大大提高药物的载药量。9:35-9:50 am T4 Gene transfer efficacies of serum-resistant amino acids-based cationic lipids: Dependence on headgroup, lipoplex stability and cellular

7、uptake李莉，宋宏梅，何斌，顾忠伟*；四川大学国家生物医学材料工程技术研究中心9:50-10:05 am T5可自发释药的导电高分子药物释放系统汝小宁，戚汝财，石巍，葛东涛*；厦门大学材料学院生物材料系聚吡咯是一种导电高分子，它具有独特的掺杂/脱掺杂性能，当其在氧化态与还原态之间变化时，会伴随着掺杂离子进入与离开导电聚合物的过程，以维持电荷的平衡。当掺杂离子为药物时，利用这一原理即可实现药物的存储与释放，因此聚吡咯可用作药物释放的载体。目前已有关于聚吡咯控制释放小分子的谷氨酸盐、三磷酸腺苷(ATP)、N-甲基吩噻嗪、甲氧萘丙酸、水杨酸盐、氟尿嘧啶(5-Fu)、呋氟尿嘧啶(TF-207)以及

8、大分子的神经生长因子等多种药物的报道。但是，目前以聚吡咯为药物载体的药物释放体系，其药物的释放均需外加一定的电位才能实现，因此，只有在体系中集成了电源设备，才能满足其在体内释放的要求。这不仅增加了能源消耗，而且导致了加工与密封等过程的复杂化，从而在一定程度上限制了聚吡咯药物释放技术的进一步应用。最近，本课题组利用原电池原理，制备出了一系列无需外加电位即可自发释放药物的聚吡咯释药系统，具体包括：1） 温度敏感并能在体温下自动释药的聚吡咯药物释放系统；2） 可弯曲、可生物降解的聚吡咯自动释药系统；3） 具有高释药效率的聚吡咯纳米线释药系统。由于具有制备简单、无需外加电压、不消耗能源、可自发释药等优

9、点，这些基于聚吡咯的药物释放系统在药物释放领域具有良好的应用前景。10:05-10:25 休息主持人：顾忠伟10:25-10: 50 am *T6 新型功能化靶向基因及药物传递系统的研究张先正，陈靳晓，王慧媛，曾旋，程翰，卓仁禧；武汉大学化学与分子科学学院生物医用高分子材料教育部重点实验室基因及药物传递是生物医用高分子最重要的的应用领域之一。它的目的是使基因及药物在需要时间将需要剂量释放至所需部位。因此将基因及药物靶向释放至疾病的组织或器官是这一研究领域的关键。在靶向基因及药物传递领域，我们设计并系统研究了一系列具有器官（半乳糖等）及细胞（叶酸、生物素、转铁蛋白、含RGD序列的多肽等）靶向功能

10、的高分子及多肽基因及药物载体。例如通过生物素-亲和素（biotin-avidin）作用引入靶向基团，得到对肿瘤细胞具有显著的靶向作用的基因载体。10: 50-11:15 am *T7具有光动力学治疗作用的医学造影剂的研究吴爱国* ；中国科学院宁波材料技术与工程研究所据美国Frost &Sullivan公司的调查报告显示，至2010年全球各类造影剂销售额已超过200亿美元，而且每年以6-8 %的速度在全球范围内增长。根据有关数据显示，在中国国内医药市场上，各种造影剂每年以25-30 %的速率递增。由于人口基数庞大，中国形成了巨大的潜在市场，国外的大型医药、医疗器械公司纷纷看好中国的造影剂市场。目

11、前，绝大部分的造影剂依赖进口，价格昂贵，中国很少有自主知识产权。在中科院宁波材料所我们研究组致力于以纳米粒子材料为基础，设计和构建同时具有医学造影和辅助性治疗双重功能的纳米粒子体系-构建新型多功能造影剂1，2。我们希望经过一段时间的研究后，能够有效解决材料的水溶性、生物相容性等问题。我们将深入开展多功能造影剂的细胞生物学效应研究以及不同动物模型和临床前的测试研究，解决新型多功能造影剂在临床应用前的关键技术1，3。有望为实现对癌症等重大疾病的早期诊断和治疗作出实质性贡献。为在造影剂市场上，早日出现更多更强的中国之声添一块砖加一块瓦。11:15-11:30 am T8Synthesis of Ef

12、ficient Upconversion Nanoprobes for High-Contrast Bioimaging In Vivo 喻学锋*1,2，孙正博，李敏，王取泉，李文鑫；1武汉大学纳米科学与技术研究中心，2武汉大学生物药研究中心In recent years, the development of rare-earth upconversion nanoparticles (UCNPs) has aroused a tremendous amount of attention due to their attractive optical properties, such as

13、deep tissue penetration of the near-infrared excitation, superior photo-stability, and the absence of tissue autofluorescence. However, the achievement of high-contrast upconversion bioimaging in vivo is still a great challenge due to the difficulties in synthesizing efficient UCNPs with bright flor

14、escence, good biocompatibility, and suitable specific agents. Here, we report the development of hexagonal-phase NaYF4:Yb,Er/Ce nanorods as efficient upconversion nanoprobes for high-contrast bioimaging in living animals. The NaYF4:Yb,Er/Ce UCNPs are synthesized by using an established dopant-contro

15、lled synthesis route, in which the Yb, Er, and Ce ions act as sensitizes, emitters, and phase controllers, respectively. The UCNPs with polyethylenimine coating exhibit bright upconversion fluorescence in water, and demonstrate depth-sensitive multicolor imaging in vivo.1 In addition, to prepare tum

16、or-specific bioprobes, the UCNPs have been used to conjugate with recombinant chlorotoxin (CTX), a typical peptide neurotoxin which is high specificity to many types of cancer cells. The nanoprobes show good biocompatibility in cellular and animal toxicity determinations. Animal studies are performe

17、d using Balb-c nude mice injected intravenously with the nanoprobes. The obtained high-contrast images demonstrate highly specific tumor binding and direct tumor visualization with bright red fluorescence under 980-nm near-infrared irradiation.2 The results suggest that the upconversion nanoprobes c

18、an provide a novel approach to improve the effectiveness of tumor diagnostic and therapeutic modalities.11:30-11:45 am T9化学掺杂对超顺磁性纳米材料磁性能的影响刘克霞，蓝芳，江雯，曾晓波，吴尧*，顾忠伟*；四川大学国家生物医学材料工程技术研究中心11:45-12:00 am T10基于量子点生物探针的HCG检测刘丹，牛丽红，申怀彬，周长华，李林松，杜祖亮；河南大学特种功能材料教育部重点实验室水溶性半导体纳米晶体材料（简称量子点QD），由于具有独特的光学特性，较广的激发波谱和较

19、窄的发射波谱，以及对称的发射峰等独有的特点，目前在生命科学领域已被用作新一代的荧光标记材料。本文基于水溶性/生物兼容性的量子点建立起一个高敏感度的人绒毛促性腺激素（HCG）检测系统，用于快速检测血液和尿液中HCG的含量，并对HCG的浓度和检测荧光强度进行了测试。午休单元B2：5月19日下午主持人：程巳雪1:30-1:55 pm *T11 融合蛋白基质的构建及其在再生医学研究领域的应用研究杨军*，徐建斌，姜楠，毛宏理，赵伟，张研；南开大学生命科学学院生物活性材料教育部重点实验室近年来，生物活性材料的仿生制备及其在再生医学领域的应用研究引起了广泛的关注1-3 。目前,在组织修复和再构建过程中血管化

20、仍是主要瓶颈问题之一,血管内皮细胞与材料之间特异性的粘附仍是一个急待解决的问题。血管内皮细胞钙粘素(VE-Cad)与血管内皮细胞生长因子(VEGF)均为是血管内皮细胞特异性粘附分子,对于血管结构的形成及其功能维持至关重要4。本研究利用基因工程原理和技术分别构建血管内皮细胞钙粘素/血管内皮细胞生长因子与免疫球蛋白的Fc双功能融合蛋白表达载体，经双酶切及基因测序分析后，利用哺乳动物细胞分别表达并纯化了VE-cad-Fc及VEGF-Fc融合蛋白，并经Western Bloting和ELISA检测确认了其蛋白基本特异性。同时我们利用该融合蛋白修饰培养皿表面，培养人脐静脉内皮细胞及骨髓间充质干细胞，通过

21、免疫荧光及及时定量PCR等分子生物学分析技术，进一步研究了其在调节血管内皮细胞粘附、迁移、分化功能表达及干细胞定向诱导分化中的作用并初步探索了其在组织工程/再生医学领域的应用。结果表明：本研究成功地构建并优化了VE-Cad-Fc/VEGF-Fc融合蛋白真核细胞表达体系,并初步研究发现这两种融合蛋白均显著促进HUVEC的选择性黏附并对血管内皮细胞的分化表型的表达有很好的调控作用。VE-Cad-Fc和VEGF-Fc通过VE-Cad/VEGF与细胞的特异性相互作用以及Fc与疏水性材料的结合特性，实现了细胞间黏附因子和可溶性生长因子的基质化，即将细胞与细胞之间、细胞与细胞因子间的相互作用转化为细胞与基

22、质间的作用。这种工程化的多功能胞外基质融合蛋白的设计策略在组织工程、再生医学和分子生物学领域有广阔的应用前景。1:55-2:20 pm *T12具有快速血管化性能的基因增强皮肤再生材料研究马列，郭瑞，毛峥伟，徐少骏，高长有，沈家骢；浙江大学高分子科学与工程学系教育部高分子合成与功能构造重点实验室皮肤缺损是影响人类生命和生存质量的重大临床难题。组织工程与再生医学的发展为实现缺损皮肤的修复与再生开辟了新的途径。目前，创面修复速度与质量的提高是皮肤再生材料研究的重点和难点。其中，皮肤再生材料的血管化速度慢、移植存活率低是影响创面修复速度，制约其应用的关键。针对皮肤再生材料的血管化问题，本研究将表达V

23、EGF的质粒DNA与胶原-壳聚糖皮肤再生材料结合，通过功能基因在创面的原位特异性转染，表达促进组织血管化的活性因子VEGF，从而加快皮肤再生材料的血管化，增强创面自组织修复性能，实现皮肤缺损的快速和高质量修复。 为了提高功能基因的体内转染效率，首先合成了一种具有良好生物相容性和高转染效率的基因载体N-三甲基壳聚糖（TMC），制备了粒径为几百纳米的TMC/DNA纳米复合物，研究了TMC的季铵化率、N/P等参数对TMC/DNA纳米复合物的粒径、表面电荷、结合能力、稳定性，以及复合物的细胞毒性、细胞吞噬率和转染效率等性能的影响。结果显示，TMC的细胞毒性随季铵化程度和分子量的增加而增大，TMC载体的

24、基因转染能力随季铵化程度增加而先增加后降低，表现出优于PEI的转染能力。将TMC/DNA-VEGF纳米复合物与胶原-壳聚糖皮肤再生材料复合，构建了一种基因增强皮肤再生材料。以巴马小型猪为动物模型，采用组织学染色、免疫组化染色、RT-PCR和Westen-blot等技术跟踪表征了皮肤修复过程的关键因子如VEGF、CD31、 SMA的表达，分别评价了该皮肤再生材料对创伤创面和烧伤创面的快速血管化性能和皮肤再生修复性能。实验结果显示，复合了TMC/DNA-VEGF的皮肤再生材料，能有效促进VEGF、CD31和 SMA的表达，加快新生血管在皮肤再生材料中的形成和成熟，对创伤创面和烧伤创面的修复与再生都

25、具有明显促进作用。2:20-2:35 pm T13 微囊化细胞增殖与分化调控的初步研究毛宏理，杜风移，赵绘存，杨树龙，姜楠，杨军*；南开大学生命科学学院生物活性材料教育部重点实验室引言：NIH3T3细胞与肝细胞共培养可有效提高肝功能，其已广泛应用于肝组织工程研究中。在此共培养体系中，有效调控NIH3T3细胞的增殖同时保持其较高活性，对肝细胞形态和功能的维持至关重要。2:35-2:50 pm T14 纳米复合双网络水凝胶的制备与性能研究王强，付俊*；中国科学院宁波材料技术与工程研究所引言：水凝胶是一种柔软、湿润的网络结构材料，在仿生材料或生物医学材料领域有广泛的应用前景。但传统的水凝胶机械性能差

26、，限制了其应用。目前，人们主要通过合成具有拓扑结构、双网络结构（DN gel）的水凝胶、或者采用纳米复合或click技术来提高水凝胶的机械性能，但总体上还是弱于天然组织如关节软骨的机械强度，无法完全满足软骨替代与修复对材料的强度要求1。本研究旨在利用纳米颗粒对双网络水凝胶进行增强，以制备力学性能优异的新型纳米复合双网络水凝胶材料。材料与方法：利用Stober法2制备纳米SiO2小球，并通过原位接枝乙烯基三乙氧基硅烷的方法对其进行改性。采用两步法3复合双网络水凝胶，先将改性的SiO2小球分散在单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸（AMPS）中，聚合后形成第一网络凝胶，然后将丙烯酰胺（AAm）均匀扩

27、散在第一网络凝胶中并聚合成第二网络，得到SiO2纳米复合双网络水凝胶。结果与讨论：获得的改性SiO2尺寸分散性好（PdI0.08），表面形貌均一（图1）。添加改性SiO2有助于增强双网络水凝胶的溶胀性能，0.24wt%（相对2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸）的改性SiO2添加量即可使双网络水凝胶的溶胀度从10增加到16左右，增幅超50%（图2）。同时研究结果表明SiO2纳米复合双网络水凝胶具有良好的韧性，压缩应变可达95%以上，且压缩强度相对普通双网络水凝胶有明显的提高（图3、4）。在纳米复合双网络水凝胶内，改性SiO2通过表面接枝的乙烯基与第一网络单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸（AMPS）

28、以共价键结合，有利于提高第一网络结构的刚性；同时改性SiO2表面仍存在大量羟基，具有较强亲水性，易吸附大量第二网络单体丙烯酰胺（AAm），有助于提高复合水凝胶的溶胀度，也利于增强第二网络结构的柔性。纳米复合双网络水凝胶的断裂机理同普通双网络水凝胶相似4，当其受到外界应力达到某一临界应力（即屈服应力）时，首先第一网络PAMPS断裂成团簇（SiO2存在于团簇中），但这些团簇仍由第二网络连接并作为第二网络的滑动交联点，使整个水凝胶仍保持一个整体（图5），此后双网络水凝胶变得柔软；当应力进一步增大，达到使第二网络聚合物链断裂时，双网络水凝胶出现裂口，即发生断裂。在纳米复合水凝胶受到应力发生应变直至断裂

29、整个过程，由于改性SiO2在水凝胶内通过共价键和物理吸附两种方式与双网络水凝胶致密交联、紧密结合，使得改性SiO2更为有效地传递应力和吸收部分能量，从而起到减缓或阻止水凝胶破坏的作用，进而体现纳米复合水凝胶具有较高的压缩强度和压缩应变。结论：改性SiO2在水凝胶内通过共价键和物理吸附两种方式与双网络水凝胶致密交联，通过这种构建机理制备的新型SiO2纳米复合双网络水凝胶具有优异的溶胀性能，良好的韧性及较高的压缩强度。2:50-3:05 pm T15 辐射技术原位合成纳米银水凝胶用于组织修复周英, 赵荧晖, 许零*, 魏世成, 翟茂林；北京大学工学院，北京大学前沿交叉学科研究院生物医用材料与组织工

30、程研究中心3:05-3:25 休息主持人：杨军3:25-3:50 pm *T16甲壳素、壳聚糖及其衍生物在生物材料领域的研究和应用刘万顺；中国海洋大学3:50-4:15 pm *T17 壳聚糖基生物材料的生物安全性韩宝芹；中国海洋大学4:15-4:30 pm T18壳聚糖基生物材料在组织工程中的应用李俊杰，姚芳莲，周瑾，姚康德，王常勇；军事医学科学院组织工程研究中心壳聚糖是甲壳素脱乙酰基后的产物，是自然界唯一的带正电荷的生物聚合物。来源丰富，不仅具有无毒性、无刺激性、良好生物相容性、可控生物可降解性、易于改性等优良性能，良好的成形性。而且通过化学修饰或物理共混可以获得具有特定组分和结构的组织工

31、程用生物材料。壳聚糖基生物材料研制的最终目标时为细胞生长提供适宜的物理微环境、化学微环境、力学微环境和生物微环境。壳聚糖基生物材料与细胞之间的相互作用关系在组织工程研究中起非常重要的作用，细胞的粘附、迁移、增殖和分化取决与壳聚糖的结构、壳聚糖基生物材料的化学组分、基体刚度和空间结构。此外，生长因子与壳聚糖基生物材料结合方式也是组织工程研究关注的热点之一。目前壳聚糖基生物材料已被广泛应用在血管、心肌、皮肤、软骨、骨、神经、脏组织工程研究中，且取得了很多优异的研究成果。但其临床产品还非常少，只有组织工程化皮肤和软骨两种产品，且品种不多。推动壳聚糖基生物材料在临床上的应用是未来材料科学家和医学工作者

32、重要任务。4:30-4:45 pm T19溶剂置换法构建物理交联壳聚糖水凝胶及其力学性能研究屠美，叶菁芸，曾戎，周长忍；暨南大学材料科学与工程系，人工器官及材料教育部工程研究中心水凝胶在生物医学领域受到广泛关注，其研究和应用涉及到药物控释、创伤敷料以及组织工程等诸多方面。壳聚糖基水凝胶由于其结构和性质与细胞外基质的主要成分氨基葡萄糖非常类似，对于细胞的粘附与增殖有促进作用，因此在组织工程领域展示出良好的前景。本文通过溶液置换法制备仅含壳聚糖(CS)和水的物理交联壳聚糖水凝胶，并对其微观形貌和力学性能进行系统分析，为壳聚糖基水凝胶在软组织工程方面的广泛应用奠定基础。4:45-5:00 pm T20多尺度仿骨结构壳聚糖水凝胶的按需构建及力学性能研究李昕，李保强，周玉；哈尔滨工业大学特种陶瓷研究所随着人们对高质量生活的需求，老龄化人口和机动车保有量持续不断增加，社会对骨修复材料需求也越来越大。因此发展用于骨再生与修复的生物材料具有重大的社会效益和经济价值。本文以骨组织中多尺度的同心层状为模型，采用调制浓度梯度法按