科研立项项目申报书：CB606200-生物医用材料组织诱导作用的分子机制与设计原理.docVIP

项目名称： 生物医用材料组织诱导作用的分子机制与设计原理 顾忠伟 四川大学 2011.1至2015.8 教育部 四川省科技厅  立足本世纪生物医用材料科学与工程发展的方向和前沿——设计和制造有生命的人体组织和器官，建立生物材料组织诱导作用研究的模型和方法，确证无生命的生物医用材料通过自身优化设计可以诱导各种有生命的人体组织和器官形成，揭示材料组织诱导作用的分子机制，建立组织诱导性生物医用材料的设计原理和制造方法学，形成较为完整生物医用材料组织诱导作用理论体系，开拓生物医用材料科学与工程发展的新方向，为跨越式地建立和发展具有战略意义和国际先进水平的我国高技术生物医用材料新产业，推进常规产业的技术改造，力争15-20年内彻底改变我国高技术生物医用材料主要依靠进口的局面，满足全民医疗保健的基本需求并批量出口，提供原创性的科学基础。同时，培养一批国际著名的生物医用材料科学与工程的领军人才，以及世界先进水平的中、青年学术骨干，为我国生物医用材料科学与产业的持续发展，成为世界的大国和强国奠定人才基础；巩固和发展承担本项目的“国家生物医学材料工程技术研究中心”等五个国家级研发机构，以及七个教育部重点实验室和两个省级研发机构，为我国生物医用材料研发基地的建设做出贡献。 生物医用材料组织诱导作用分子机制的研究，建基于分子水平上对材料和组织相互作用的深入认识，其主要基础是人类对于自身组织和器官与其功能关系的深入了解，但迄今为止这一认识还不十分清楚，还需要一个长期的过程。因此，本项目总体目标的核心——在分子水平上建立完整的生物材料组织诱导性理论体系，也是一个长期的不断完善的过程。但是，随着科学技术的进展，总体目标的实现会逐步趋近，在此过程中任何重大突破将会导致生物材料科学的重大变化并将对产业产生效应。例如，材料骨诱导作用及其理论雏形的形成，导致了“划时代的用于再生医学的骨诱导生物材料的到来”，并已应用于临床。 五年预期目标： （1）在医用高分子、陶瓷、金属三大类材料对软骨、神经内膜组织再生诱导作用研究的基础上，建立生物材料组织诱导性理论，包括： 研究材料组织诱导性作用分子机制的模型方法； 较全面地揭示与组织诱导形成相关的材料组成、结构及特性； 初步认识材料特性转导为细胞内分子信号、调控干细胞定向分化和细胞行为的途径及其转导机制； 初步认识材料表面/界面和三维微结构特性与细胞定向分化及行为的定性定量关系； 提出诱导干细胞定向分化的材料表面/界面和三维微环境构建原理及方法学； 探索评价材料组织诱导作用生物安全性和可靠性的分子标记、模型和方法； 建立材料诱导组织再生作用的计算机模拟模型并初步进行综合性理论分析 （2）研发出诱导软骨、神经内膜再生的组织诱导性生物材料，力争2～3种产品SFDA取证或进入临床试验，优化骨诱导材料的骨诱导性。 培养58名国际著名的生物医用材料科学与工程领军人才，一批世界先进水平的多学科交叉中、青年学术骨干。 形成国际、国内的组织诱导性材料研究的科技创新公用平台 （5）作为基础研究成果的反映，本项目将发表400余篇SCI源刊学术论文，在国际高影响因子期刊上发表系列化研究论文申报发明专利项，其中国际专利510项争取获国家三大奖23项。 三、研究方案 学术思路： 基于天然组织形成的分析，生物医用材料骨诱导作用的研究，以及现有的各种物理、化学、几何等因素对细胞行为及基因表达影响研究的报导，生物医用材料诱导组织形成的过程可初步概括如下： 一定组成、结构的材料植入体内后，其表面首先在生理环境中发生生物化学反应，形成特异性的表面/界面，并由其参与形成可容纳细胞的三维微环境。表面/界面及微环境的组成、结构等取决于材料本体及表面的组成、结构及植入后所处的生物环境（动物种系、个体差异、植入部位等）。具有特定组成、结构及几何特征的表面/界面及三维微环境将表现出一定的物理、化学、生物力学等特性。这些特性或材料学信号首先作用于体内不同的蛋白分子，引起一定的蛋白分子构型变化并暴露出活性位点，从而选择性地被吸附于材料的表面/界面。被吸附于表面/界面上的蛋白分子构型受材料表面特性的影响将进一步变化，显露特异性的活性位点并与体内干细胞的细胞膜上一定的受体结合，使干细胞黏附于材料表面。被集聚和黏附于材料表面/界面及微环境中的体内干细胞由于材料学信号的作用，其增殖、生长、迁移、形态等细胞行为将被调控；同时材料学信号亦可被转导为细胞内特定的分子信号，并在空间和时间上被程序化表达，从而调控细胞沿特定组织细胞系分化，最终形成特定的组织。材料学信号向细胞的转导，可能通过材料信号对细胞直接作用，也可能通过材料学信号与自然组织自身的生物学信号相互作用后转导。 根据上述分析，为了认识生物医用材料组织诱导作用的分子机制并建立其设计原理，必须研究和了解： （1