用于神经递质检测与生物成像的有机小分子荧光探针

摘要:神经递质作为介导神经元间信息传递、调控神经环路及维持脑功能稳态的关键信使分子, 其动态监测对解析神经生理/病理机制具有重要意义. 有机小分子荧光探针以其优异的结构稳定性、生物相容性、识别机制的可设计性, 以及发光特性的灵活可调性, 为神经递质的检测和成像提供了理想的方式. 此文从有机小分子荧光探针的分子设计策略、共价/非共价识别原理、信号转导机制, 以及生物成像性能等方面出发, 对神经递质荧光探针的最新研究进展进行综述. 在此基础上, 对当前探针的局限性进行了深入分析, 并对未来新型探针的设计方向进行了展望, 旨在为新一代高性能神经化学探针的研发提供理论框架与路线图, 以促进神经科学和临床诊断技术的发展.

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。

无机金属声敏剂在肿瘤声动力治疗中的应用现状

摘要:随着纳米医学技术的蓬勃发展,声动力治疗(sonodynamic therapy,SDT)作为一种新兴的非侵入性治疗方法,凭借其能对肿瘤深部进行治疗且对周围组织损伤小的特点,逐渐成为研究的热点。声敏剂是SDT中不可或缺的组成部分,因其结构和性质直接决定SDT的效果。与传统有机声敏剂相比,无机金属声敏剂具有稳定性高、形态可控且在人体内循环时间长的优势,这极大地扩展了其在SDT 中的研究应用。对SDT的可能机制,即空化效应和活性氧的产生进行了简要探讨;概述了无机金属声敏剂的配方设计、抗肿瘤作用机制及SDT的优化策略;讨论了SDT当前面临的挑战和未来的发展方向。以期为今后无机金属声敏剂在SDT 中的筛选提供参考。

有色金属基材料在生物医学中的应用现状

摘要:人类使用生物医用材料的历史悠久,最早可追溯到公元前3 500 年古埃及人利用棉花纤维缝合伤口。生物医用材料的种类繁多,有色金属基材料是其中的一个重要选择。近些年来,有色金属基材料因其优异的生物相容性、力学特性和光热转换性等特点被广泛应用于生物医学领域,在推进患者护理上表现出巨大的潜力。归纳了有色金属基材料在介入类耗材、癌症治疗、精确诊断及生物传感方面的研究成果,包括钛、镁、钽、金、铋、铜、铂等一些元素及其合金的应用形式,总结了它们在临床实践中的特点与当前的研究重心。最后展望了有色金属材料在生物医学工程中未来发展的几个可能的方向。

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。

熔融沉积法制备骨组织工程支架的应用进展

摘要: 人工骨支架材料因来源广泛、免疫排斥风险低及可个性化定制等优点在骨替代材料领域中受到广泛关注。传统的骨支架制造工艺复杂且难以控制其内部结构,严重阻碍了骨支架的研发。3D 打印技术及其与骨组织工程的结合推动了骨支架领域的快速发展。熔融沉积制造( fused deposition modeling,FDM) 作为3D 打印技术的一种,其原理简单、成本低,可准确、快速地制备结构复杂、外观个性的骨支架。本文从组成、结构和功能角度对FDM 技术制备的骨支架进行分类,阐述其应用及研究进展,最后展望FDM 骨支架在未来的临床应用和发展趋势,以期进一步为骨支架研究提供参考。

生物陶瓷材料的3D打印技术现状

摘要:3D打印技术在小批量、个性化定制方面具有较大优势,因而在生物医用领域备受关注。可供3D打印的耗材已涵盖高分子、金属、陶瓷和衍生材料等多种类型。生物医用陶瓷熔点高、韧性差,是最不容易应用于3D打印的材料。文章综述了以陶瓷粉体、陶瓷浆料、陶瓷丝材、陶瓷薄膜等不同原料形态为耗材的3D打印陶瓷制备工艺进展,并对SLS、3DP、DIW、IJP、SL、DLP、FDM、LOM等不同工艺制备陶瓷的表面粗糙度、尺寸大小、致密度等参数进行了对比。文章还总结了3D打印生物陶瓷在骨组织工程支架和口腔修复体等硬组织修复领域的临床应用现状。综合比较,SL陶瓷增材制造技术的制造精度和成形质量高,且能制备较大尺寸零件,还可以通过掺杂微量营养元素以及表面功能性修饰来赋予生物陶瓷更好的生物学性能、力学性能乃至抗菌、肿瘤治疗等功能,具有较明显的优势。3D打印制备的生物陶瓷相比传统减材制造工艺,制备的骨组织工程支架和口腔修复体不仅力学性能好,而且具有更优秀的生物相容性和骨传导性等。

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。