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。

聚氨酯材料在骨缺损修复中的应用

摘要:意外事故或疾病导致的骨缺损是骨科手术中非常常见且棘手的问题,寻找理想的骨修复材料已成为目前骨组织工程的热点之一。聚氨酯(PU)材料是一类软硬段交替排列,具有微相分离结构的多嵌段共聚物,可通过软段结构、硬段比例、结晶度等实现应用性能的调控(机械性能、生物相容性及生物降解性等),在骨缺损修复领域展现出广阔的应用前景。本文综述了近年来PU在骨组织工程领域的设计、合成、改性和生物学性能等方面的研究,并重点介绍了PU在骨再生中的应用进展,包括植入支架、可注射材料和药物载体等,以期为未来PU材料的设计及临床应用提供更多思路。

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。

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。

钛种植体表面改性策略对生物活性的影响

摘要: 钛金属的表面形貌是影响其亲水性及生物相容性的重要因素,探究钛金属表面处理策略是提高其生物相容性的重要途径。本文先采用大颗粒喷砂酸蚀技术(SLA)处理钛金属A4(TA4),对得到的SLA-TA4 进行碱热、紫外光照及等离子体轰击等单一方式表面处理。根据实验结果得出,碱热处理是提高并保持钛金属SLATA4亲水性的最佳单一处理方法。随后,在碱热处理的基础上,继续研究多种表面处理方式形成的钛金属表面纳米线网络结构及其生物性能。通过小鼠胚胎成骨前体细胞MC3T3-E1 黏附实验,比较了不同方式表面处理后,钛金属材料支持细胞黏附、细胞铺展的能力,并根据不同表面处理方式形成的材料表面接触角、微坑深度及粗糙度等参数,分析探讨多种表面处理方式造成的生物活性差异的机制。结果表明,经碱热处理10 h及紫外照射1 h处理后的SLA-TA4表现出最佳的生物活性及稳定性。从提高医疗器械表面生物活性的角度考虑,本文研究结果或对钛金属植入性器械的表面处理相关研究提供有价值的参考。

挤出成形3D打印仿生骨植入钛合金支架制备工艺及性能研究

摘要:采用万能试验机和扫描电子显微镜研究了挤出成形3D打印Ti6Al4V钛合金支架的制备工艺、力学性能及微观结构,介绍了采用聚乙烯醇(PVA)水凝胶制备钛合金支架的方法,研究了浆料PVA含量、脱脂温度和烧结温度对制备工艺的影响规律,分析了钛合金支架孔隙率与力学性能的关系。结果表明:采用PVA 水凝胶制备钛合金支架可以获得分布均匀且高度互联的多孔结构,当浆料PVA 质量分数为15%,脱脂温度和烧结温度分别设定为360℃和1300℃时,制备工艺最佳。孔隙率为59.8% 的钛合金支架表现出与人体骨骼相匹配的力学性能,可避免应力遮蔽效应。

多种代谢物调控蛋白质翻译后修饰的新机制研究和药物筛选策略

摘要:代谢物是生物大分子修饰最主要的供体来源, 环境或细胞内应激导致的代谢物改变信号也被整合到生命信号网络中. 蛋白质磷酸化、乙酰化和甲基化等经典翻译后修饰(post-translational modification, PTM)以ATP、乙酰辅酶A和S-腺苷甲硫氨酸(SAM)等能量或物质表征代谢物为底物, 传递共性代谢物信号; 我们的研究发现, 代谢物可以通过不同机制调控其作为供体外的其他PTM: 巴豆酰辅酶A能作为酰基供体促进细胞周期依赖的EB1蛋白的巴豆酰化修饰, 通过调控微管骨架的动态性维系基因组的稳定性; α-KIV和α-KG能够分别调控蛋白质磷酸化修饰和羟基化修饰, 介导与自身代谢无关的TCR信号通路和Hedgehog信号通路; 此外, 天然植物的次生代谢物也能够促进AD相关蛋白的泛素化降解. 这些发现为代谢物调控细胞生理病理的研究打开了新的角度和视野. 基于代谢物调控翻译后修饰的新机制, 我们以病理过程中的关键蛋白为例, 高通量筛选了瞬时受体电位香草酸通道3蛋白(TRPV3)和菌源二肽基肽酶4 (DPP4)的小分子抑制剂, 为创新药的研发和疾病的干预提供了新的思路.