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微图案技术及在组织工程中的应用

中国组织工程研究 2018年第30期22卷 4900-4905页

作者：邱昌俊浑婷婷赵莹彤赵峰何静雯孙艳北京航空航天大学生物与医学工程学院生物力学与力生物学教育部重点实验室北京市100191 生物医学工程高精尖创新中心北京航空航天大学北京市102402 中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感技术联合国家重点实验室上海市200050

背景:随着微图案技术的不断创新和发展,其在细胞生物学、组织工程和再生医学等相关研究中也有着更加广泛的应用,为体外构建人工组织提供了新的动力。目的:总结并讨论微图案技术的分类、特点及其在组织工程中的应用。方法:检索2001至2017... 详细信息

背景:随着微图案技术的不断创新和发展,其在细胞生物学、组织工程和再生医学等相关研究中也有着更加广泛的应用,为体外构建人工组织提供了新的动力。目的:总结并讨论微图案技术的分类、特点及其在组织工程中的应用。方法:检索2001至2017年Web of Science数据库、Pub Med数据库及中国知网与微图案技术及其在组织工程中应用相关的文献,英文检索词为"micro-pattern technique,tissue engineering",中文检索词为"微图案技术,组织工程"。结果与结论:通过微图案技术可形成图案化的细胞排列,进而控制干细胞的形状,调控干细胞融合和分化等,以形成可用于组织替代物的人工组织工程产品,被广泛应用于骨组织工程、肌肉组织工程、血管组织工程及神经组织工程及肝脏组织工程研究中。然而,利用微图案技术构建人工组织的过程中,仍有许多细胞生物学机制和内在机制亟待进一步探索和阐明,例如:如何通过微图案技术构建人工肌肉组织,如何纯化许旺细胞,以及进一步促进微图案技术在血管组织工程和肝脏组织工程中的发展和创新等问题。

关键词：细胞图案化细胞形状细胞分化微图案技术组织工程细胞外基质 3D打印技术纤维支架生物材料细胞外基质细胞分化组织工程

基于超声显微镜的脊髓损伤的术中观测:动物预研

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科学通报 2012年第18期57卷 1666-1670页

作者：牛海军李立峰廖凯李晓光樊瑜波生物力学与力生物学教育部重点实验室软件开发环境国家重点实验室北京航空航天大学生物与医学工程学院北京100191

脊髓损伤(spinal cord injury,SCI)是一种严重的中枢神经损害,许多基于动物模型的实验证明神经再生和细胞植入方法对于脊髓修复是有效的.为了更好地应用这些方法进行脊髓修复与桥接,对脊髓损伤区域的准确定位与识别成为术中必须解决的问... 详细信息

脊髓损伤(spinal cord injury,SCI)是一种严重的中枢神经损害,许多基于动物模型的实验证明神经再生和细胞植入方法对于脊髓修复是有效的.为了更好地应用这些方法进行脊髓修复与桥接,对脊髓损伤区域的准确定位与识别成为术中必须解决的问题.本文的目的在于评估超声显微成像(ultrasound backscatter microscopy,UBM)是否能够有效地识别脊髓损伤区域,以及UBM图像与组织学图像的一致性.实验选择了Wistar大鼠(1只正常与7只SCI造模)作为实验对象,在进行椎板切除术后,使用中心频率为55MHz的超声显微系统进行脊髓损伤部位的定位与成像,并与常规B超图像和组织学图像进行了对照.结果显示,与常规B超相比,从UBM图像中能够有效识别大鼠在脊髓损伤后形成的囊腔和继发损伤形成的陈旧性胶质瘢痕.该研究结果表明,UBM在神经再生与修复手术中具有潜在的临床应用价值.

关键词：超声背向散射显微镜脊髓损伤空洞胶质瘢痕

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脊髓损伤后恒河猴双下肢体重支撑的改变

中国康复理论与实践 2018年第3期24卷 266-268页

作者：赵文魏瑞晗饶家声赵璨田鹏宇周侠季润李立峰杨朝阳李晓光首都医科大学神经生物学系北京市100069 北京航空航天大学生物材料和神经再生北京市实验室生物医学工程学院北京市100191 国家康复辅具研究中心人体生物力学实验室北京市100176

目的观察脊髓损伤对肢体承重能力的影响,揭示脊髓损伤后下肢承重能力随时间的变化规律。方法 6只成年雌性恒河猴行T_(7-9)右半侧1 cm切除术。采用Foot-Scan系统测量恒河猴脊髓损伤前,损伤后6周12周时双下肢足底压力百分比。结果损伤前,... 详细信息

目的观察脊髓损伤对肢体承重能力的影响,揭示脊髓损伤后下肢承重能力随时间的变化规律。方法 6只成年雌性恒河猴行T_(7-9)右半侧1 cm切除术。采用Foot-Scan系统测量恒河猴脊髓损伤前,损伤后6周12周时双下肢足底压力百分比。结果损伤前,双下肢足底压力百分比无显著性差异(Z=-1.330,P>0.05);损伤后6周和12周,左下肢足底压力百分比显著高于右下肢(Z>4.783,P<0.001)。损伤前后,右下肢足底压力百分比呈现逐步显著下降趋势(Z=3.191,P<0.001)。结论脊髓损伤后,损伤侧下肢承重能力严重缺失,不经干预则呈持续下降趋势。

关键词：脊髓损伤下肢体重支撑恒河猴

石墨烯/丝素蛋白3D复合支架在骨再生方面的应用研究

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医用生物力学 2019年第A1期34卷 68-69页

作者：丁希丽黄艳刘海峰樊瑜波北京航空航天大学生物医学工程高精尖创新中心北京100083 北京航空航天大学生物与医学工程学院生物力学与力生物学教育部重点实验室北京100083 国家康复辅具研究中心北京100176

背景最近,越来越多的研究关注于探索石墨烯基材料促进间充质干细胞成骨分化的潜力。特别是,一些研究致力于研究干细胞在涂有石墨烯或与石墨烯结合的薄膜上的行为变化。三维(3D)石墨烯泡沫促进干细胞向成骨细胞分化的研究逐渐引起人们的... 详细信息

背景最近,越来越多的研究关注于探索石墨烯基材料促进间充质干细胞成骨分化的潜力。特别是,一些研究致力于研究干细胞在涂有石墨烯或与石墨烯结合的薄膜上的行为变化。三维(3D)石墨烯泡沫促进干细胞向成骨细胞分化的研究逐渐引起人们的关注。然而,与基于石墨烯的基底和泡沫相比,加入石墨烯的3D复合支架的成骨能力一直没有得到研究。目的本研究设计了加入石墨烯的3D丝素蛋白复合支架以研究该支架对大鼠骨髓来源的间充质干细胞(rBMSC)的黏附、增殖和成骨分化的影响。方法利用冷冻干燥法制备含有不同含量石墨烯的石墨烯/丝素蛋白多孔复合支架(0%、0.5%和2%G/SF复合支架)。利用扫描电镜观察不同复合支架的表面形貌和微结构。本研究中还在不同的G/SF复合支架上接种大鼠的骨髓间充质干细胞,利用扫描电镜观察细胞的黏附、增殖情况以及细胞形态。同时,利用免疫荧光染色检测不同支架的成骨相关蛋白(Ⅰ型胶原、骨粘连蛋白和骨钙素)的表达情况。结果扫描电镜结果显示石墨烯很好地分散在丝素蛋白基质中,并且支架的微观结构受石墨烯添加量的影响。将rBMSC接种在G/SF支架上并培养21 d。细胞形态学结果表明0%和0.5%G/SF支架具有良好的细胞黏附和增殖能力。此外,免疫荧光染色结果显示,0.5%G/SF支架上的细胞表达成骨相关蛋白(Ⅰ型胶原、骨粘连蛋白和骨钙素)最高。结论所有数据表明,本研究中制备的0.5%G/SF支架具有促进干细胞成骨的巨大潜力,其在骨组织工程中具有较好的应用前景。

关键词：复合支架间充质干细胞丝素蛋白石墨烯骨再生

基于摩擦纳米发电机的自驱动植入式电子医疗器件的研究

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中国科学：技术科学 2017年第10期47卷 1075-1080页

作者：刘卓欧阳涵邹洋郑强石波璟田静静李舟北京航空航天大学生物与医学工程学院北京100191 中国科学院北京纳米能源与系统研究所国家纳米科学中心北京100083

心脏起搏器、脑起搏器、神经刺激器等植入式电子医疗器件的工作寿命受限于电池容量.为了解决植入式电子医疗器件的供能问题,本文设计研制出了一种可将器官运动的机械能(心跳、肺呼吸等)转化为电能的供能器件-植入式摩擦纳米发电机.此发... 详细信息

心脏起搏器、脑起搏器、神经刺激器等植入式电子医疗器件的工作寿命受限于电池容量.为了解决植入式电子医疗器件的供能问题,本文设计研制出了一种可将器官运动的机械能(心跳、肺呼吸等)转化为电能的供能器件-植入式摩擦纳米发电机.此发电机为接触分离的工作模式,在外力的作用下使具有微纳结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜和铝片发生摩擦而产生电能.器件大小1.2 cm×1.2 cm,采用生物相容性良好的材料PDMS进行全封装.实验表明其体外开路电压和短路电流的值分别为12 V,0.25μA,峰值功率密度为8.44 mW/m^2.植入到小鼠左胸皮下位置开路电压和短路电流为3.73 V,0.14μA.将此发电机和电源管理系统集成后用于植入式电子医疗器件的能源供给,有望实现植入式电子医疗器件的自驱动.

关键词：植入式摩擦纳米发电机自驱动植入式电子医疗器件

活性生物材料支架体外诱导神经干细胞向神经元高比例分化并形成神经网络

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中国组织工程研究 2018年第9期22卷 1432-1437页

作者：李莹张皑峰高钰丹赵文段红梅郝鹏尚俊奎杨朝阳李晓光首都医科大学神经生物学系北京市100069 首都医科大学附属北京友谊医院口腔科北京市100050 北京航空航天大学生物与医学工程学院生物材料和神经再生北京市实验室大数据精准医疗高精尖创新中心北京市100191

背景:活性生物材料的良好组织相容性和生物活性与神经干细胞的多向分化潜能均有极大的应用前景和应用价值。目的:观察神经营养因子3-壳聚糖活性生物材料支架在体外对神经干细胞的诱导分化作用及神经干细胞神经营养因子3信号通路关键蛋... 详细信息

背景:活性生物材料的良好组织相容性和生物活性与神经干细胞的多向分化潜能均有极大的应用前景和应用价值。目的:观察神经营养因子3-壳聚糖活性生物材料支架在体外对神经干细胞的诱导分化作用及神经干细胞神经营养因子3信号通路关键蛋白的表达。方法:提取并纯化新生24 h Wistar大鼠脊髓神经干细胞,分4组进行诱导分化:对照组(单纯培养基组)、可溶性神经营养因子3组、单纯壳聚糖组、神经营养因子3-壳聚糖组。诱导6 h,提取蛋白质行Western Blot检测神经营养因子3信号通路关键蛋白TrkC、Akt/p-Akt、Erk/p-Erk的表达;诱导7 d,行MAP2、MBP、GFAP免疫细胞化学染色观察神经元的多向分化及各类细胞的分化比例;诱导14 d,行MAP2、Synapsin-1、PSD95免疫细胞化学染色观察神经营养因子3-壳聚糖活性生物材料是否诱导神经干细胞分化形成神经网络。结果与结论:(1)神经营养因子3-壳聚糖组诱导神经干细胞高比例分化为神经元,比例为73.8%,明显高于其他3组,同时分化形成的胶质细胞低于其他3组;(2)神经营养因子3-壳聚糖组中关键蛋白TrkC、p-Akt、p-Erk的表达高于其他3组;(3)神经营养因子3-壳聚糖可以诱导神经干细胞在体外分化形成神经网络。

关键词：神经干细胞神经营养因子3 壳聚糖神经元组织工程

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碳纳米管作为骨修复材料的优势和挑战

中国修复重建外科杂志 2021年第3期35卷 271-277页

作者：任义行黄若愚王存阳马亚洁李晓明保定市第四中心医院骨科北京航空航天大学生物与医学工程学院生物力学与力生物学教育部重点实验室北京市生物医学工程高精尖创新中心

随着对骨修复过程研究的深入,以及骨修复材料制备、表征等技术的进步,各种人工骨替代材料在骨相关疾病(如骨缺损等)治疗中得到充分应用。然而,目前临床应用的各种天然或者合成生物材料无法完全复制天然骨结构和性能。碳纳米管(carbon na... 详细信息

随着对骨修复过程研究的深入,以及骨修复材料制备、表征等技术的进步,各种人工骨替代材料在骨相关疾病(如骨缺损等)治疗中得到充分应用。然而,目前临床应用的各种天然或者合成生物材料无法完全复制天然骨结构和性能。碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)因具有优异的结构稳定性、力学性能和官能团可修饰性,为骨修复领域发展新型材料提供了新的方向。CNTs及其复合材料在骨修复材料设计及用作药物载体等方面也具有广阔前景。本文从形态结构、化学特性、力学特性、电磁特性和生物安全性等方面,总结CNTs与骨组织再生相关的优势性质,以及CNTs在药物运输载体和支架材料的增强组分方面的应用,分析CNTs在骨再生医学方面的潜在问题和后续研究方向。

关键词：碳纳米管骨再生骨修复材料

机器学习在MRI图像脑肿瘤分割中的研究进展

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医疗卫生装备 2019年第11期40卷 90-96页

作者：包星星赵璨饶家声北京航空航天大学生物与医学工程学院生物材料与神经再生北京市重点实验室北京100083 北京航空航天大学生物医学工程高精尖创新中心北京100083 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院测控与信息技术系北京100083

介绍了MRI图像脑肿瘤分割的意义与困难,阐述了机器学习在非侵入性鉴别脑肿瘤中的优势,分析了模糊C聚类、支持向量机、随机森林3种具有代表性的传统机器学习方法以及新兴的深度学习方法在MRI图像脑肿瘤分割中的应用及研究进展,并比较了这... 详细信息

介绍了MRI图像脑肿瘤分割的意义与困难,阐述了机器学习在非侵入性鉴别脑肿瘤中的优势,分析了模糊C聚类、支持向量机、随机森林3种具有代表性的传统机器学习方法以及新兴的深度学习方法在MRI图像脑肿瘤分割中的应用及研究进展,并比较了这4种方法各自的优势、缺点和适用情况。指出了未来应用传统机器学习和深度学习方法进行脑肿瘤识别与分割应向更加多模态、高自动度、低复杂度、高鲁棒性和自适应性以及深度挖掘图像信息的方向发展。

关键词：脑肿瘤分割磁共振成像传统机器学习深度学习

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大鼠创伤性脑损伤的弥散张量成像研究

家庭医药.就医选药 2019年第1期 31-33页

作者：李静赵璨饶家声赵文高钰丹杨朝阳李晓光北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京航空航天大学生物与医学工程学院生物材料与神经再生北京市重点实验室北京航空航天大学生物医学工程高精尖创新中心生物材料与神经再生北京市国际科技合作基地首都医科大学基础医学院

目的:利用弥散张量成像(Diffusion Tensor Imaging,DTI)分析大鼠创伤性脑损伤(Traumatic Brain Injury,TBI)后脑组织的微观结构,探讨TBI后脑白质和灰质的变化情况。方法:10只Wistar大鼠进行TBI模型制备,分别在损伤前(D0)、损伤后第1天(... 详细信息

目的:利用弥散张量成像(Diffusion Tensor Imaging,DTI)分析大鼠创伤性脑损伤(Traumatic Brain Injury,TBI)后脑组织的微观结构,探讨TBI后脑白质和灰质的变化情况。方法:10只Wistar大鼠进行TBI模型制备,分别在损伤前(D0)、损伤后第1天(D1)、第3天(D3)和第7天(D7)进行弥散张量成像(DiffusionTensorImaging,DTI)扫描。结果:大鼠TBI后白质从第1天开始,而灰质从第3天开始DTI参数有变化。在白质中,胼胝体压和胼胝体干从损伤后第1天开始各向异性分数(Anisotropy Fraction, FA)值和轴向扩散系数(Axial Diffusivity, AD)值显著下降、径向扩散系数(Radial Diffusivity, RD)显著上升,而损伤同侧外囊从损伤后第3天开始有变化。在灰质中,损伤同侧海马在损伤后第7天FA值和AD值显著上升。这些结果表明了TBI导致了白质完整性的丧失以及星型胶质细胞的活化增殖。结论:TBI后白质和灰质的DTI参数均有变化,说明DTI参数可以用于评估TBI后脑组织的微观结构变化,为进一步的神经修复以及TBI患者的临床治疗和预测提供一定理论基础。

关键词：创伤性脑损伤弥散张量成像大鼠灰质白质