自下而上构建人工细胞及其生物医学应用

摘要:构建具有特定细胞模拟功能的人工细胞有助于探索天然生物细胞系统中复杂的生物反应过程和细胞功能,并为深入了解生命起源提供便利。对于人工细胞的构建方法而言,无论是基于自上而下的原则,还是基于自下而上的原则,在过去的几十年里,都取得了很大进展,并得到广泛应用。基于人工细胞构建策略的不同,人工细胞可分为“自上而下”的人工细胞和“自下而上”的人工细胞。自下而上的合成生物学是一个新兴的互补学科,它寻求从天然或合成成分中构建人工细胞。自下而上的合成生物学的目标之一是构建或模拟天然生物细胞中存在的复杂路径。人工细胞来源于脂质、聚合物、脂质/聚合物杂化体、天然细胞膜、金属有机框架和凝聚体等。真实细胞内各种物质如蛋白质、基因、线粒体等可以结合在人工细胞表面或包裹在人工细胞内部,从而使人工细胞被赋予各种功能。此外,人工细胞不仅可作为载药系统及信息交流载体,还可代替功能受损的细胞,恢复机体的正常运转。首先,介绍基于自下而上策略构建人工细胞的方法和分类;其次,讨论人工细胞的多种应用;最后,对人工细胞的未来发展前景进行展望。

纳米酶在疾病治疗中的研究与应用

摘要:纳米酶是一种新型的具有类酶活性的纳米颗粒人工酶,在生物检测、抗炎、抗氧化损伤和癌症治疗等疾病诊断和治疗领域展现出良好的应用前景。本文总结了具有不同类酶活性的纳米酶在疾病诊治中的应用,并对影响纳米酶活性的主要影响因素进行了阐述,将使相关研究人员更好地了解纳米酶的发展现状,并提供后续研究的相关线索。

3D Slicer三维影像重建技术分析骨半规管及前庭导水管的解剖学意义

摘要:目的:探讨 3D Slicer三维影像重建技术分析骨半规管及前庭导水管的解剖学意义。方法:收集 40例(男女各 20例)无内耳器质性病变的病人的 80侧颞骨的高分辨率计算机断层扫描(HRCT)数据,应用 3D Slicer软件进行三维重建,并测量内听道重要解剖结构三维空间定位数据。结果:三维模型显示,内听道后唇呈椭圆形,后缘锐利,位置固定,较易识别。选择三维模型内听道后唇为 P点,男性 P点至前庭导水管的距离为(9.412±1.687)mm、至后半规管的距离为(10.422±1.701)mm;内听道的长度为(9.847±0.870)mm。女性 P点至前庭导水管的距离为(9.068±1.133)mm、至后半规管的距离为(9.858+1.089)mm;内听道的长度为(8.727±0.964)mm。男性和女性上述测量结果均无统计学差异(P>0.05)。结论:内听道后壁至前庭导水管的距离比到后半规管更短,提示术中磨除内听道后壁时更容易导致前庭导水管损伤。前庭导水管外口和内淋巴囊靠近内听道后壁的硬脑膜,提示术中剪开硬脑膜时应避免造成损伤。

动力学效应诱导的近红外光响应温和光热治疗

摘要:癌症是世界上高致死率的疾病之一,传统治疗方法如化疗、放疗和手术等由于其局限性而常常使疗效不尽如人意。光热疗法(Photothermal therapy, PTT)是基于光热治疗剂的光热转换效应,将近红外光能量转换为热能并杀死癌细胞。然而,PTT消融肿瘤所需的温度较高,通常会引起周围正常组织/器官的损伤。采用较低治疗温度(38~43 ℃)的温和光热治疗(Mild photothermal therapy, mPTT)对于推动PTT 进入肿瘤临床治疗具有重要意义。但是,即便小幅度的温度升高也会使癌细胞处于热应激状态并使热休克蛋白(Heat shock proteins,HSPs)表达上调,影响mPTT对癌细胞的杀伤效果。为了改善mPTT的治疗效果,本研究以树枝状介孔硅包覆稀土荧光纳米晶的纳米复合材料(DCNP@DMSN)作为基质材料,在其表面上修饰MnFe2O4 纳米酶并在孔道内装载吲哚菁绿(ICG),设计了一种近红外荧光成像介导和动力学效应诱导的近红外光(NIR)响应mPTT协同治疗体系。该体系呈现出肿瘤微环境响应的化学动力学效应和近红外光激发的光动力学效应,产生的活性氧物质及脂质过氧化物可下调低温光热处理产生的热应激性HSP70的表达,实现动力学效应诱导的mPTT,在4T1 乳腺癌中显示出良好的抗肿瘤性能。同时,该平台具备近红外二区荧光成像功能,可实现对活体肿瘤的定位。这对开发多功能诊疗一体化纳米平台,实现治疗过程的可视化、个体化以及精准化,改善肿瘤治疗效果具有重要意义。

肿瘤精准药物治疗研究进展

摘要:随着新一代基因测序技术以及癌生物学的迅猛发展,基于基因组生物标志物的抗肿瘤精准药物开发成为药物研发的重要方向。介绍了抗肿瘤精准药物在非小细胞肺癌、乳腺癌、黑色素瘤以及白血病等肿瘤领域表现出的优异治疗效果,剖析了目前已上市以及处于研发阶段的“泛癌种”药物,表明基于生物标志物而非肿瘤组织的治疗药物将成为抗肿瘤药物研发的方向之一。介绍了以“篮子试验”和“雨伞试验”为代表的抗肿瘤药物新型临床试验设计以及PROTACs药物开发新技术,指出新理念新技术的出现将进一步推动抗肿瘤精准药物发展,促进针对耐药或“不可成药靶点”的靶向药物的开发。

柔性手术机器人牵引钢丝绳与弹簧管的关系分析

摘要: 内窥镜进入被检体后无法通过传回的画面准确判断内窥镜整体形态,为更精准的控制弯曲部的蛇骨弯曲,需要分析插入导管及其内藏物的相互关系。分析内藏物中弹簧管与钢丝绳的部分,提出了插入导管中牵引钢丝绳和弹簧管在不受力时位置关系的理论模型,基于Ramberg-Osgood 模型推出了钢丝绳受拉后钢丝绳弹性变形量,结合实验数据利用最小二乘法拟合出了钢丝绳长度变化量与拉力、盘曲半径和盘曲角度之间的关系公式。经实验验证在钢丝绳不受力时误差在10% 以内,在钢丝绳受拉后理论公式与实验数据的误差在16%以下的数据点占总数据点的90%。

生物降解性形状记忆聚合物的研究进展

摘要:形状记忆聚合物(SMP)可以在特定的刺激下改变形状,是一类应用前景广阔的智能材料。生物降解性SMP可以在人体内分解。这种材料符合生物医学应用中的严格要求,是微创手术和可触发生物医学设备的理想选择,对其中部分材料已经进行了深入的研究,并有着广泛的用途。文中综述了聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚三亚甲基碳酸酯(PTMC)、聚十二烷甘油酯(PGD)、聚(ω-十五酸内酯)(PPDL)等几种主要的生物降解性形状记忆聚合物的研究进展,并对其形状记忆效应的机理进行了分析和介绍。

医用TC4钛合金激光-化学复合抛光及表面形貌演化

摘要:表面粗糙度是医疗器械构件最重要的质量特征之一,然而现有的激光抛光、化学抛光等单一表面抛光技术存在一定局限性。针对医用TC4 钛合金表面的精密抛光需求,设计并搭建一套激光-化学复合抛光系统,通过激光-化学复合加工材料去除机理分析和开展TC4 钛合金的激光-化学复合抛光试验,深入探究复合抛光过程中不同抛光阶段材料表面形貌的演变过程及粗糙度变化并进行分析,进而明确激光-化学复合抛光机理。研究结果表明,激光-化学复合抛光材料去除是基于激光热-力效应与激光诱导化学腐蚀溶解共同作用的结果,而且两者具有一定协同效应,在适当的工艺窗口内,化学腐蚀溶解可以完全去除激光烧蚀产生的残渣和重熔物。激光辐照会在工件表面“峰-谷”区域产生温度差,进而导致化学溶解速率差异,即“山峰”区域溶解速率快,“山谷”区域溶解速率慢,从而实现表面粗糙度的降低。最后采用合适的工艺参数,优化了抛光效果,实现了医用TC4 钛合金的选择性精密抛光,激光辐照区域表面粗糙度Ra 由初始的5.230 μm 下降至0.225 μm, Sa 由初始的8.630 μm 下降至0.571 μm,分别下降95.7%和93.4%。研究结果可为钛合金或其他自钝化金属的精密抛光提供参考。

生物医用高分子材料细胞膜表面功能化的策略与应用

摘要:细胞膜是细胞的外层包裹结构,保护细胞内部免受外界干扰. 通过对细胞膜进行修饰,引入特定的分子或结构,可以实现对细胞命运和功能的调控,从而赋予细胞特殊的功能. 近年来,利用高分子材料在细胞膜上发生自组装的策略用于功能化修饰细胞膜表面已被广泛研究. 本文综述了利用高分子、多肽及DNA纳米材料对细胞膜进行修饰的策略,总结了其带来的包括受体寡聚化、细胞膜通透性改变以及调节细胞间通讯的生物效应以及细胞膜表面功能化的生物应用.

量子点在疾病诊疗中的应用

摘要:量子点(quantum dots,QDs)是一种纳米级半导体晶体,因其独特的光学和电化学特性,在疾病诊疗领域极具潜力。在疾病诊断方面,QDs的高亮度和光稳定性使其在生物成像技术中能实现细胞、组织乃至单个生物分子的高分辨率成像,QDs作为荧光标记物,可用于细胞追踪、生物传感以及癌症、感染性疾病免疫和相关疾病的检测,为早期准确诊断开辟新途径。在疾病治疗方面,QDs可作为多功能纳米载体,用于靶向药物递送,帮助药物实现靶向输送,显示药物传递和释放的踪迹,QDs还可以作为光敏剂或光敏剂的载体,选择性破坏恶性细胞、血管病变和微生物感染,减少对正常组织的损伤。尽管前景广阔,但QDs从研究到临床应用仍面临诸多挑战,如毒性、稳定性和规模化工业化生产等问题。通过表面修饰、封装技术及合成工艺的改进,研究人员正逐步解决这些问题。本文总结了QDs的类型,重点介绍了其在生物成像、生物传感器、病原体检测、药物输送和光动力治疗领域的最新研究进展,讨论了阻碍其临床应用的多重障碍,并探索了克服这些挑战的潜在解决方案。