智能生物材料

智能生物材料 Intelligent Biomaterial
创伤、疾病、遗传、衰老等原因可能造成组织、器官缺损或功能障碍，我国这一类型的患者人数位居世界各国之首。生物学领域的科学家一直致力于攻克修复创伤、组织再生甚至器官再生的难题。
最近几年，由中科院遗传发育所领衔的中国科学院与再生医学战略性先导科技专项的“人工组织器官构建”项目，在再生修复领域取得了一系列技术突破。干细胞与再生医学先导专项是中科院“A类先导”中最先启动的项目之一，戴建武研究员带领团队，利用生长因子控释技术改造生物支架材料，研制出了具有诱导组织再生能力的智能生物材料。这些智能生物材料携带的活性功能成分(通常包括生长因子或干细胞等)，能主动对机体的再生过程产生影响。
　　生物支架材料 　　生物机体本身各种组织都具有一定的再生能力，创口处的组织中和血液中存在组织再生所需的干细胞，科学家们需要提供一个有利于细胞黏附、增殖、分化的环境，也就是支架材料。
　　由于支架材料要植入机体内，材料基质的选择就显得非常重要。项目组选择了人体最重要的外基质——胶原蛋白，研发出一批支架材料产品，可引导多种组织再生包括神经、肌腱等的有序再生。一小块胶原薄膜缝合到切除舌癌的创口处，三四个月后，再生的组织已基本填满了缺损的部分。除了提供再生空间，胶原支架还可以引导组织再生，例如神经外周神经损伤后，神经再生比其它组织再生要慢，损伤部位纤维组织生长较快而阻碍神经再生，在创面嵌入一块胶原膜可起到屏蔽纤维化组织生长而引导神经再生的作用。
　　生长因子缓释技术     生产的生长因子可通过洁净间的传递窗向外传递生产的生长因子可通过洁净间的传递窗向外传递。然而，尽管利用支架材料可以支持一定程度的组织再生，但支架材料本身不具有诱导组织再生的能力。换句话说，支架材料只是搭了台，但要想请得动细胞唱再生修复这出“戏”，还需要生长因子等能诱导组织再生的活性信号分子出马。生长因子是一类具有调节细胞生长、分化等特性的细胞因子，通过与特异的、高亲和的细胞膜受体结合，调节细胞生长及其他细胞功能。生长因子用于临床最大的问题，就是会在创面扩散而被血液稀释。不仅会造成非常大的消耗量，还存在风险——随血液到处扩散的生长因子，可能在别处诱导不必要的再生(副作用)。
　　遗传发育所再生医学团队通过改造生长因子的分子结构，制备了融合胶原结合区(CBD)的生长因子，利用一节短肽将其“拴”在支架上；同时，当生长因子被细胞表面受体识别时，又能从胶原膜上释放出来。这样，在体内损伤修复环境中，保证了生长因子不会从材料上“掉下来”，在组织中扩散，有效地控制其在病灶处释放；且能提高生长因子的局部治疗浓度，大大降低消耗。
　  基于这种生长因子缓释技术，项目组已经研制出了多种智能生物材料，在骨组织、外周神经组织、膀胱组织、心肌组织等多种组织的再生上，都取得了有效的进展。
　　干细胞移植     目前有效方法之一是大容量肺灌洗，但肺灌洗并不能延缓或控制纤维化进展。目前有效方法之一是大容量肺灌洗，但肺灌洗并不能延缓或控制纤维化进展。 　　除了支架材料和生长因子，干细胞是再生医学的另外一个核心要素。干细胞是具有多向分化潜能的未分化或低分化的细胞；在上述生长因子引导之下，分化出功能细胞重建所需组织。除此之外，科学家们也在探寻更多样的干细胞修复方法。比如静脉注射，将干细胞随血液输送到病灶处进行修复。遗传发育所的再生医学科研团队正在探索利用干细胞治疗尘肺病的新疗法。