973项目申报书——组织诱导性生物医用材料的基础研究

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1、项目名称：组织诱导性生物医用材料的基础研究首席科学家：顾忠伟四川大学起止年限：2005.12至2010.11依托部门：教育部一、研究内容鉴于传统生物医用材料的时代正在过去，与生物技术结合赋予材料生物结构和生物功能，即发展可诱导组织或器官再生、恢复和增进机体功能的材料，已成为本世纪生物医用材料科学发展的方向和前沿，并正在对产业产生越来越大的影响和效应；鉴于我国技术含量高的生物医用材料和制品市场已为进口品所充斥，高技术生物材料产业体系尚未形成；鉴于国际生物医用材料科学前沿研究起步不久；因此，立足生物医用材料科学和产业前沿，以跨越式地发展高技术生物材料前沿产业为重点，并以此引导传统

2、产业的技术更新和产品换代，是振兴我国生物材料产业，满足保障广大人民健康需求和社会、经济以及国防事业发展对生物医学材料和制品的迫切需求，进而培育国民经济的新增长点的最佳选择。本项目瞄准生物医用材料科学与产业发展的方向和前沿、临床最迫切需求的材料；基于我国社会、经济发展的客观现状，生物医用材料研究开发和产业的基础；与前期“973”项目衔接，凝聚其重要研究成果，以发展可诱导组织再生的生物医用材料为核心，通过材料自身优化设计及装载功能基因及信号分子赋予材料组织诱导生物功能为重点，推进和提升前期“973”项目对生物材料骨诱导作用研究到材料对其它组织诱导作用研究，扩大建立较为完整的生物材

3、料组织诱导理论，为形成和发展以具有组织诱导性的新一代生物医用材料和制品为特色的我国高技术生物医用材料产业奠定科学基础。与此同时，选择覆盖高技术生物材料市场80%以上的矫形、整形外科和心血管系统修复材料为研究对象，以对整个生物医用材料产业的发展产生直接效应，促进较为完整的现代医用生物材料产业体系的形成，并保持其持续发展的市场竞争活力，满足社会、经济和国防事业的迫切需求。拟解决的关键科学问题：材料的组织诱导性与材料的组成、结构、生物力学性质、生物环境及其相互作用的关系、规律和机制。其核心是：在细胞和分子水平上深入认识材料表面/界面及组织形成环境及其特征与体内生物活性分子（生长因子

4、、蛋白、基因、酶、组织康复因子等）和细胞的相互作用，特异性识别和选择性吸附/粘附规律，及对细胞分化和组织形成的影响和机理。主要研究内容围绕拟解决的关键科学问题，本项目的主要研究内容如下1．材料表面/界面和表征及其与生物活性分子的相互作用对蛋白、生长因子等的特异性识别、吸附、解吸以及细胞粘附、分化的影响、规律和机理（1）材料表面/界面组成、结构（特别是分子结构和纳米尺度微结构）及生物力学性质（植入体几何形态、表面构型、孔隙、力学性质等）及其对水、蛋白等的分子构型、基因表达的影响，与蛋白、生长因子等的特异性识别、吸附的关系、规律和机理。（2）材料—宿主间特异性功能界面的形成、表征

5、及其对细胞特异性识别、黏附、分化、基因表达及特定组织形成的影响。（3）影响特定组织形成的主要生物化学信号及其相互作用和对细胞分化和组织形成的影响。（4）装载于材料中的功能基因、信号分子及其转染和作用对细胞和蛋白行为的调控，特征蛋白的合成、分泌及组织形成的影响和机制。2．组织发生和生长的环境，特别是微环境的形成、特征及其对细胞因子合成和分泌、基因表达、细胞分化和组织形成途径的影响和规律（1）材料和植入体的几何因素（形态、孔隙、表面构型、显微结构、力学性质等）、体液组成和特征（pH值、蛋白、流速等）及细胞对生理环境中组织形成环境的影响和机理。（2）组织形成的环境，特别是微环境，及

6、其特征与细胞因子合成和分泌、基因表达、细胞特异性分化和特定组织形成等的关系、作用规律和机制。3．材料结构与诱导组织再生生物功能的关系，及其分子设计与装配（1）自然组织的分子图象及材料分层结构与功能的计算机辅助设计。（2）材料的合成及其与体内原位蛋白、细胞的相互作用；功能界面和支架的设计、特征、降解、及降解产物对组织形成的影响。（3）生物分子及无机纳米粒子的功能表面和结构设计及三维装配。（4）有机、无机材料抗凝血生物活化功能表面及涂层的分子设计和表面改性。（5）二维、三维功能和表面支架与功能基因和生物信号分子的复合与装配。4．组织诱导性生物医用材料的生物相容性和生物功能性评价的

7、科学基础及试验方法（1）研究和试验材料组织诱导性的体内、外及临床试验模型。（2）材料组织诱导性及其生物安全性评价的分子生物学基础及分子标记。（3）材料表面/界面表征及植入体表面，特别是纳米级特征的跟踪技术和方法。（4）评价和预测材料组织诱导性的长期生物安全性、可靠性的方法和模型。本项目研究内容是在总结前期“973”项目实施基础上，结合学科最新发展和国家需求，对前期工作的提炼、深化、延伸和发展。研究重点集中于前期原创性的骨诱导理论启示的具有诱导非骨组织再生的生物功能医用材料，并将前期基因载体材料及其控释系