磁场调控纳米生物催化的研究进展与生物医学应用

摘要:纳米生物催化治疗是一种利用外源纳米催化剂在病变区域引发特定化学反应来实现疾病治疗的新兴治疗方式,因其具有高效性、高选择性和外物理场的可调控性,已成为生物医学领域的热点方向。近年来,外物理场(超声、光场、电场、磁场等) 调控的纳米生物催化受到了广泛关注。其中,磁场作为一种安全可控且无组织穿透深度限制的外源性刺激方法,已应用于临床磁热疗与磁共振成像,近年来在催化治疗领域也展现出广阔的前景。本文重点综述了磁性材料在磁场作用下产生的三种物理效应(磁热、磁力、磁电),以及基于这些物理效应调控纳米生物催化的研究现状,并对未来发展方向进行了展望。

氧化石墨烯复合纳米材料在抗菌领域应用的研究进展

摘要:由于抗生素的普遍使用和滥用,细菌正在以更快的速度产生耐药性。耐药菌感染给公共医疗卫生提出了严峻的挑战,已造成了大量的死亡和超额的医疗支出。纳米技术的发展有望解决这一难题。在众多抗菌纳米材料中,氧化石墨烯因其特殊的形貌尺寸和物理化学特性而具有多元化的抗菌能力。此外,氧化石墨烯具有超高比表面积、良好的电子传导能力和丰富的表面含氧官能团,是与其他材料复合构建多功能抗菌材料的理想平台,可产生协同抗菌作用。综述了氧化石墨烯及氧化石墨烯基复合抗菌纳米材料研究进展,列举了近年来报道的氧化石墨烯抗菌机制研究进展和存在的挑战,以及常见的氧化石墨烯基复合抗菌纳米材料的最新发展,分析氧化石墨烯在不同材料中对协同抗菌性能起到的关键作用,为开发更高效的氧化石墨烯抗菌纳米材料提供新的思路。

骨组织模型3D打印建模中CT图像序列选择的策略分析

摘要:骨组织模型的精确3D打印对骨科手术前进行手术方案规划、术中定位和术后评估手术效果均有不可替代的作用。然而,打印等比例的、与患者完全匹配的、精确的骨组织模型涉及术前CT影像扫描、3D建模、3D打印及打印后处理一系列流程。其中,对于3D打印前的重建,CT扫描图像序列的选择直接影响打印模型的质量。通过比较骨窗序列和标准序列 CT图像的建模及打印结果可知,后者的模型质量优于前者,表明骨组织模型并非一定要采用骨窗序列。该研究为骨组织模型的精确3D打印和建模在CT图像序列选择阶段的决策提供了科学依据。

纳米级光学超分辨成像技术研究及展望

摘要:荧光显微成像技术能够将细胞生理活动可视化,是现代生命科学研究的重要手段。超分辨成像技术的出现将研究推进到亚细胞结构层次,而具有纳米级分辨率的单分子定位成像技术成为了研究细胞器、大分子复合物空间分布及相互作用的有力工具。继 2014 年超分辨成像技术获得诺贝尔化学奖后,《自然》(Nature) 发布的 2024 年值得关注的七大技术中再次将纳米级分辨率光学成像技术作为热点进行介绍,超高分辨率成像技术是重要的前沿研究领域。本文首先简要介绍了荧光显微成像技术的发展历史、荧光显微镜的基础概念、超分辨成像技术的基本概况,之后着重介绍了单分子超分辨成像技术的研究进展,并在最后对该技术的发展及应用做了展望。

人工合成支架材料促进腱骨愈合的研究进展

摘要:韧带/肌腱重建术后腱骨愈合的难题当今尚未得到解决。近年来应用组织工程支架材料,尤其是人工合成支架材料促腱骨愈合的研究越来越多,均得到了较好的效果。本文就人工合成支架材料及其在促腱骨愈合的研究进展进行概述,为人工合成支架的设计及其临床应用提供参考思路。

药物递送系统在胰腺癌治疗中的应用

摘要:胰腺癌(pancreatic cancers,PCs)是消化系统常见且预后极差的恶性肿瘤。其主要治疗方式包括手术、放化疗和靶向治疗等。PCs发病隐匿、早期诊断率低下,大多数患者被诊断为PCs时,已经失去了手术机会。化疗仍是进展期PCs的主要治疗方法,但是PCs化疗容易发生耐药。PCs区别于其他肿瘤最显著的特征是基质十分丰富致密,不仅阻碍了药物渗透,同时也阻碍了免疫细胞的浸润。上述原因共同导致PCs 患者的生存率极低,现有药物不能满足临床PCs治疗的迫切需求。先进的药物递送系统为PCs 的治疗带来新的机遇,其具有改善药物递送、增强生物屏障穿透、减少副作用等优点,同时可以联合多种治疗方法,因此在PCs治疗中的前景十分广阔。目前在PCs 中广泛应用的药物递送系统主要包括纳米药物递送系统、针对肿瘤微环境的药物递送系统、免疫疗法药物递送系统、基因治疗药物递送系统以及融合各种疗法优点的组合药物递送系统等。本文就上述药物递送系统在PCs治疗中的领域发展现状、最新前沿进展和机遇挑战等进行系统总结和前瞻分析。

可遗传功能微生物活体智能生物医用材料:设计策略、集成技术及医学应用

摘要:随着微生物科学、合成生物学和材料化学的快速发展,微生物活体智能医用材料作为一种新型可持续智能材料,已成为生物医学领域的研究热点。本文基于第391期双清论坛“面向未来的智能材料物质科学”会议内容,对我国在微生物活体智能生物医用材料的设计、集成及应用研究方面的国家重大需求进行了总结。本文回顾了基于合成生物学与材料化学的微生物活体智能材料的设计策略,探讨了单细胞与多细胞协同设计方法,并总结了当前面临的主要挑战。最后,提出了该领域未来5~10年内亟需解决的科学问题和核心技术,并展望了微生物活体智能材料在精准医疗和智能药物递送等领域的发展方向。

基于脑机接口与虚拟现实技术的手部软康复系统研究

摘要: 基于脑机接口和虚拟现实技术在康复医学中的巨大应用潜力,以及目前手部康复系统中存在的若干问题,本研究提出一种基于脑机接口与虚拟现实技术的手部软康复系统。与传统康复外骨骼相比,该软康复系统适配不同脑卒中患者手部,允许手和手指在非驱动方向上运动,重量轻、便于携带、透气性强、安全性高。在脑机接口( brain computer interface,BCI) 和虚拟现实环境帮助下,系统可以协助患者主动完成康复训练任务,并通过特定游戏任务,为患者提供运动感觉和本体感觉反馈,在康复过程中提高患者大脑可塑性,改善运动神经功能重塑。相关实验结果说明,本研究系统结构稳定、性能可靠,脑电信号分析准确率满足系统要求,脑机接口与虚拟现实的结合可以有效激活相对应脑区,为脑功能重塑与脑神经重建奠定了理论基础。

核酸驱动蛋白质降解:溶酶体靶向降解技术前沿

摘要:靶向蛋白质降解技术不同于小分子抑制剂的互补抑制作用机制,利用细胞内源性蛋白质降解途径完成许多“不可成药”靶蛋白的降解,为疾病的治疗提供了新路径,其主要包括蛋白质水解靶向嵌合体、溶酶体靶向嵌合体等。与蛋白质水解靶向嵌合体依赖于泛素-蛋白酶体系统主要降解胞内蛋白质的机制不同,溶酶体靶向嵌合体利用细胞溶酶体途径实现胞外及膜蛋白的降解。核酸驱动的溶酶体靶向嵌合体作为新兴的生物医学技术,以核酸分子作为嵌合体的特定组分,在疾病治疗和药物研发等方面展现出广泛的应用前景和潜在的临床价值。本综述主要介绍核酸驱动的溶酶体靶向嵌合体技术,包括其组成、优势,并重点介绍其主要应用。此外,本综述简要回顾了溶酶体靶向嵌合体的发展历程,使该技术的发展可以呈现出一个明确的时间线,同时指出当前溶酶体靶向嵌合体发展中的不足和挑战,为后续深度研发指明方向。最后,针对当前溶酶体靶向嵌合体技术的开发进展及发展方向,对该技术目前面临的挑战进行探讨、对其未来可能的发展方向进行展望。综合而言,核酸驱动的溶酶体靶向嵌合体技术为生物医学研究、药物开发以及临床治疗提供了新思路和新方法,可以通过进一步研究和优化实现更广泛的应用。

医用手术电极抗粘连材料的研究进展

摘要:电外科手术器械( 高频电刀、离子刀等) 是实现微创手术的一种重要器械,具有切割速度快、渗血少等诸多优点。然而,在使用过程中电极表面会产生高温导致血液和组织中的体液汽化,造成血液和软组织粘附,形成焦痂,从而严重影响手术的效果。医用手术电极抗粘连材料凭借其独特的抗组织粘附、疏血和抑菌等功能,在外科和微创手术等医疗领域展现出重要的研究和应用价值。本文对医用手术电极抗粘连材料的研究进展进行了系统综述。首先,分析了电极表面粘附行为及粘附机制。其次,总结了医用电极实现抗粘连性能的方法,重点介绍了当前医用手术电极表面涂覆抗粘连涂层、设计电极表面微观结构以及使用具有抗粘连性能的材料这三种方法的研究进展。通过对现有研究的分析,深入探讨了各方法的基本原理和技术进展。最后,针对医用电极抗粘连材料的发展现状和存在的问题进行分析并提出了展望,为后续医用抗粘连材料的研究提供借鉴和指导。