生物医用材料发展状况
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当代生物材料的发展不仅强调材料自身理化性能和生物安全性、可靠性的改善,而且更强调赋予其生物结构和生物功能,以使其在体内调动并发挥机体自我修复和完善的能力,重建或康复受损的人体组织或器官。结合有关研究文献和我们参加国际会议获得的信息,下面介绍生物医用材料发展趋势。
1.组织工程材料面临重大突破
组织工程是指应用生命科学与工程的原理和方法,构建一个生物装置,来维护、增进人体细胞和组织的生长,以恢复受损组织或器官的功能[例。它的主要任务是实现受损组织或器官的修复和再建,延长寿命和提高健康水乎。其方法是,将特定组织细胞"种植"于一种生物相容性良好、可被人体逐步降解吸收的生物材料(组织工程材料)上,形成细胞-生物材料复合物;生物材料为细胞的增长繁殖提供三维空间和营养代谢环境;随着材料的降解和细胞的繁殖,形成新的具有与自身功能和形态相应的组织或器官;这种具有生命力的活体组织或器官能对病损组织或器宫进行结构、形态和功能的重建,并达到{yj}替代。近10年来,组织工程学发展成为集生物工程、细胞生物学、分子生物学、生物材料、生物技术、生物化学、生物力学以及临床医学于一体的一门交叉学科。
生物材料在组织工程中占据非常重要的地位,同时组织工程也为生物材料提出问题和指明发展方向。由于传统的人工器官(如人工肾、肝)不具备生物功能(代谢、合成),只能作为辅助xx装置使用,研究具有生物功能的组织工程人工器官已在全世界引起广泛重视。构建组织工程人工器官需要三个要素,即"种子"细胞、支架材料、细胞生长因子。最近,由于干细胞具有分化能力强的特点,将其用作"种子"细胞进行构建人工器官成为热点。组织工程学已经在人工皮肤、人工软骨、人工神经、人工肝等方面取得了一些突破性成果,展现出美好的应用前景。
2.生物医用纳米材料初见端倪
纳米技术在90年代获得了突破性进展,在生物医学领域的应用研究也不断得到扩展。目前的研究热点主要是xx控释材料及基因xx载体材料。
xx控释是指xx通过生物材料以恒定速度、靶向定位或智能释放的过程。具有上述性能的生物材料是实现xx控释的关键,可以提高xx的xx效果和减少其用量和毒副作用。
由于人类基因组计划的完成及基因诊断与xx不断取得进展,科学家对使用基因疗法xx肿瘤充满信心。基因xx是导入正常基因于特定的细胞(癌细胞)中,对缺损的或致病的基因进行修复;或者导人能够表达出具有xx癌症功能的蛋白质基因,或导入能阻止体内致病基因合成蛋白质的基因片断来阻止致病基因发生作用,从而达到xx的目的。这是xx学的一个巨大进步。基因疗法的关键是导入基因的载体,只有借助于载体,正常基因才能进入细胞核内。目前,高分子纳米材料和脂质体是基因xx的理想载体,它具有承载容量大,安全性高的特点。近来新合成的一种树枝状高分子材料作为基因导入的载体值得关注。
此外,生物医用纳米材料在分析与检测技术、纳米复合医用材料、与生物大分子进行组装、用于输送抗原或疫苗等方面也有良好的应用前景。
3.血液净化材料重在应用
采用滤过沉淀或吸附的原理,将体内内源性或外源性毒物(致病物质)专一性或高选择性地去除,从而达到治病的目的,是xx各种疑难病症的有效疗法。尿毒症、各种xx中毒、免疫性疾病(系统性红斑狼疮、类风湿性关节炎)、高脂血症等,都可采用血液净化疗法xx,其核心是滤膜、吸附剂等生物材料。
血液净化材料的研究和临床应用,在日本和欧洲成为了生物材料发展的热点。中国在这一研究领域具有一定的实力,研究水平居于世界前列,但临床应用不够,应予以加强。
4.复合生物材料仍是开发重点
作为硬组织修复材料的主体,复合生物材料受到广泛重视。它具有强度高、韧性好的特点,目前己广泛应用于临床。通过具有不同性能材料的复合,可以达到"取长补短"的效果。可以有效解决材料的强度、韧性及生物相容性问题。是生物材料新品种开发的有效手段。提高复合材料界面之间结合程度(相容性)是复合生物材料研究的主要课题。根据使用方式的不同研究较多的是:合金、碳纤维/高分子材料、无机材料(生物陶瓷、生物活性玻璃)/高分子材料的复合研究。
5.材料表面改性是{yj}性课题
生物相容性包括血液相容性和组织相容性,是生物材料应用的基本要求。除了设计、制各性能优异的新材料外,通过对传统材料进行表面化学处理(表面接枝大分子或基团)、表面物理改性(等离子体、离子注人或离子束)和生物改性是有效途径。材料表面改性的新方法和新技术是生物材料研究的{yj}性课题。