生物醫(yī)學(xué)材料的發(fā)展趨勢

        當(dāng)前國內(nèi)外生物材料開發(fā)研究的主要趨勢，是致力提高材料的生物相容性，致力于開發(fā)生物柏容性更好、更能適合人體牛理需要的新材料。單憑“經(jīng)驗(yàn)”對現(xiàn)有材料進(jìn)行純化或簡單改性，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)今醫(yī)學(xué)發(fā)展對生物材料越來越高的要求。開始重視牛物棚容性的分子漩計學(xué)研究，并嘗試應(yīng)用分子設(shè)計學(xué)方法和仿生學(xué)方法，開發(fā)生物相容性更好的新材料。此外，通過對材料的表面修飾或生物化處理，使材料與 活體的接觸界面有一個相容性和適應(yīng)性較佳的過渡層，也是提高材料生物相容性的分 子設(shè)計內(nèi)容之一，近年來倍受再視。 2004年第七屆世界生物材料大會，會議宣讀的論文1200余篇，基本反映了生物醫(yī) 學(xué)材料的發(fā)展趨勢。特別是大會包括的6個重點(diǎn)報告代表了21世紀(jì)生物材料的一些主要方向。 
        l. 血管生長原理在組織工程中的應(yīng)用
        Judah Forkman在報告中提出以下6點(diǎn)原理：

        ①血管內(nèi)皮細(xì)胞在含有膠原或纖維蛋白附著層上生長好，很多的聚合物制料不具備這個條件；

        ②新生毛細(xì)管向植人物孔 隙長人時，它不僅向組織提供營養(yǎng)，將代謝物帶出，而且使內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生一些生長因子，如BFGF、PDGF、IGF -l、HB - EGF、G—GSF和IL-6；

        ③在植人體內(nèi)，引入新血管時，需要不斷地分泌一個血管生長激活劑，如BFGF或VEGF，為的是克服眾多的內(nèi)
源性血管內(nèi)皮細(xì)胞中的抑制劑；

        ④組織缺氧可提高調(diào)節(jié)VEGF的表達(dá)，但其它血管生長蛋白對氧是不敏感的；

        ⑤帶有突變基因的內(nèi)皮細(xì)胞，注入山管內(nèi)，町使活性新生血管定位；

        ⑥有時在某些組織植入叫抑制新生血管生長是有利的，如將胎兒組織移植腦 中。

        2.仿生形態(tài)合成 Geoffrey Aozin用仿生形態(tài)合成法合成多層結(jié)構(gòu)的無機(jī)材料。它的骨架結(jié)構(gòu)與天然生物礦化過程所形成的相似，研究者是在有組織的反應(yīng)介質(zhì)中自組裝形成多層結(jié)構(gòu)，他們對多層次構(gòu)件的想法是受到自然界中礦物結(jié)構(gòu)形成的啟發(fā)。他們所取得的結(jié)果是仿造出和自然界存在的多層次生物體。
        直到目前材料科學(xué)家尚不能復(fù)制自然美妙的創(chuàng) 舉。在合成中大的挑戰(zhàn)就是仿生形態(tài)以及無機(jī)多層次中間結(jié)構(gòu)的控制。研究者的戰(zhàn) 略思想是利用無機(jī)微囊模板創(chuàng)造合成出無機(jī)復(fù)制品，這個方法是仿造自然巧妙的手法。 以三維空問，從納米級延伸到中介狀態(tài)(10 - 1000nm)然后到宏觀狀態(tài)(>1000nm)， 這樣佑造自然界制造材料的骨架會導(dǎo)致一系列的新型材料，其性質(zhì)對電、光和高技術(shù) 工業(yè)將產(chǎn)生巨大的意義和作用。

        3.基因治療中的生物材料基因治療嚴(yán)格說來是將基因組裝到人體基因組中。體內(nèi)基因治療可借助生物材料慢慢釋放載體來提高療效，微囊技術(shù)是將細(xì)胞用一層半透膜包埋起來然后進(jìn)行植入， 這一技術(shù)具有基因治療的巨大潛力，目前這一技術(shù)利剛工程茼呵釋放生物活性分子治療不同種類的疾病，如貧血、血友病、缺少人生長素患者，以及神經(jīng)變性疾病等。

        4.在植人體對軟組織反應(yīng)中巨噬細(xì)胞、細(xì)胞活素以及植料等因素的重要性 當(dāng)生物材料植入軟組織中，或多或少會引發(fā)異體反應(yīng)。其特征是在植入物界面出現(xiàn)炎癥細(xì)胞，以及脫掉一層膠原膜，這一組織會干擾植入體和其周圍組織之問的負(fù)荷 和分子交換，植人物與組織需形成一個機(jī)械結(jié)合鍵。
        目前是依靠組織長人植人物中的 不規(guī)則孔隙，來達(dá)到結(jié)合目的。組織相容性的植人物，首先是不誘發(fā)異體反應(yīng)，但是 往往發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞的出現(xiàn)，這些細(xì)胞產(chǎn)生大量炎癥傳遞介質(zhì)、細(xì)胞活素、生長激素和粘接分子。近年發(fā)現(xiàn)組織巨噬細(xì)胞是在創(chuàng)傷愈合時組織分化的主要控制岡素，細(xì)胞活 素尤其是TGF -8族對疤痕的大小起著重要作用。近年LARS M等人研究重點(diǎn)是評價哪些材料囡素對植人體對周圍組織結(jié)構(gòu)的影響，現(xiàn)在已知在界面的機(jī)械剪切力，會危害 界面細(xì)胞。因此材料的宏觀和微觀設(shè)計是非常重要的，并且與材料的柔韌性同等重要。
         所以材料的表面化學(xué)以及聯(lián)接的不同配體都是重要的考慮因素。植人材料表面的某些特殊HB體，可使植人體表面，生妊的某些組織細(xì)胞，產(chǎn)生預(yù)定的組織反應(yīng)，這一技術(shù) 在降解性植人材料中尤其重要。

        5.敏感型聚合物的分子設(shè)計及其在醫(yī)學(xué)和生物技術(shù)方面的應(yīng)用目前較多地研究了外界刺激對材料結(jié)構(gòu)和性能的變化，常稱為“智能材料”。這些 材料不儀是新的生物材料，同時在蛋白質(zhì)生物技術(shù)、醫(yī)學(xué)滲斷和導(dǎo)向藥物釋放方面均 有用處，Trueo Okano研究了帶有末端羧基的聚N異丙基丙烯眺胺（PIPAAM），發(fā)現(xiàn)聚 合物在低l‰界溫度以上呈親油性表面。將肝細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞固定在聚合物表面，當(dāng)溫度下降到34℃時，其表面變成親水性，這時，結(jié)合的細(xì)胞就自動脫落下來，叫以很 方便地將培養(yǎng)的細(xì)胞從表面上收回，比用酶法獲得的細(xì)胞活力要高。同樣對血小板也 可獲類似開／關(guān)效果，用類似聚合物即PIPAAM與烷基甲基丙烯酸酯共聚水凝膠，可調(diào) 控藥物釋放也取得很好的效果。

        6.生物材料的分子模擬 計算機(jī)的化學(xué)和分子模擬，是個迅速發(fā)展的領(lǐng)域，而且住生物材料中具有巨大
的潛力，如蛋白質(zhì)吸附與解吸，藥物緩釋細(xì)胞膜界向反應(yīng)以及關(guān)于牛物礦物化機(jī)理的 理解。Larry、Hench在應(yīng)用半經(jīng)驗(yàn)方法中指出，在氨基酸如丙氨酸和目鲺酸與古有不含水臺硅四㈣體的氧化硅簇的反應(yīng)中，存在著差別很大的能奄和結(jié)合能，這些差別主 耍決定于氨基酸的幾何形狀和取向。
        用Zindo計算的亞穩(wěn)態(tài)電子分布，預(yù)示在高濃度生 物固定的二氧化硅樣品中，存在光合成的激活過程。利用口-牲氨酸蛋白模板可以模擬雙原子生物硅化的機(jī)理，并且指出有機(jī)底物可提供能量品棱使無機(jī)相從低濃度溶液 中定向地生長出來。同一報告還介紹了計算機(jī)協(xié)助藥物分子的設(shè)計。 由以上報告可以清楚地看出，2l世紀(jì)生物材料的發(fā)展和動向，在結(jié)構(gòu)方面是結(jié)構(gòu) 形態(tài)的模擬，用汁算機(jī)模擬設(shè)計生物材料以及活體組織工程的研究，所用的于段是生物技術(shù)和分子生物學(xué)原理，新型的材料將包括活體細(xì)胞，生長幽子、基因、酶、抗體、 抗原等活性成分，以及隨外界環(huán)境改變性能的智能生物材料。