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生物材料促进角膜碱烧伤修复的作用机制和应用途径

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中国组织工程研究 2025年第10期29卷 2162-2170页

作者：肖辉李冬妍汲婧王丽珍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北京市100083

背景:在角膜碱烧伤治疗中,传统治疗方法存在多种局限,尤其在控制炎症、预防新生血管形成和抑制角膜瘢痕化方面表现不佳。天然材料、合成材料或复合材料为治疗提供了多元化的选择,然而生物材料促进角膜碱烧伤修复的相关机制尚未形成系统... 详细信息

背景:在角膜碱烧伤治疗中,传统治疗方法存在多种局限,尤其在控制炎症、预防新生血管形成和抑制角膜瘢痕化方面表现不佳。天然材料、合成材料或复合材料为治疗提供了多元化的选择,然而生物材料促进角膜碱烧伤修复的相关机制尚未形成系统深入的认识。目的:对目前生物材料促进角膜碱烧伤修复的国内外研究进行梳理,综述生物材料修复角膜碱烧伤的机制及其应用途径。方法:第一作者以“角膜,碱烧伤,羊膜,透明质酸,胶原,壳聚糖,高分子材料”“Amniotic membrane,Hyaluronic acid,Collagen,Chitosan,Polymer,Cornea,Alkali burn”为关键词在Pub Med、Web of Science、中国知网和万方文献数据库内检索,根据纳入标准和排除标准,最终纳入符合要求的76篇文献进行综述。结果与结论:(1)在角膜碱烧伤修复领域,羊膜、透明质酸、胶原、壳聚糖和可降解高分子材料等生物材料被广泛研究和应用,这些生物材料各有其特点和优缺点,在不同方面都有所突出。(2)首先,羊膜因含丰富的生物活性因子而被认为是最有前景的生物材料之一,其生物相容性良好,并且能够调节角膜炎症反应,但是存在供体短缺和易感染疾病的问题。(3)透明质酸具有良好的保湿性和生物相容性,并且能够提高角膜细胞的生存率和增加角膜透明度。(4)胶原具有良好的生物相容性和支架结构,能够促进角膜细胞的黏附和增殖,促进角膜组织结构的重建。(5)壳聚糖具有良好的生物相容性和可降解性,可作为载体用于药物递送和细胞移植。(6)可降解高分子材料具有较好的降解可控性,可为角膜碱烧伤的修复提供良好的支持和递送平台,但其稳定性和生物相容性仍需进一步研究。(7)综合来看,目前还没有一种生物材料能够完全解决角膜碱烧伤的修复问题,每种生物材料都有其特定的适用场景和局限性。(8)未来的研究方向应该是通过进一步改进生物材料的性能和结构,探索更有效的组合应用方式,以及深入了解生物材料与角膜组织的相互作用机制,以提高角膜碱烧伤的治疗效果和患者的生活质量。

关键词：角膜碱烧伤生物材料修复机制羊膜透明质酸壳聚糖高分子材料综述

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石墨烯及其衍生物在骨修复中的应用及展望

中国修复重建外科杂志 2025年

作者：杜志坡马艺展王存阳张瑞红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保定市第四中心医院科教处

目的总结石墨烯及其衍生物（graphene and its derivatives,GDs）在骨修复领域的最新研究进展。方法广泛查阅近年来国内外相关研究文献，对GDs在骨修复材料中的性能表现（包括力学性能、导电性能和抗菌性能等）进行系统总结，探讨其... 详细信息

目的总结石墨烯及其衍生物（graphene and its derivatives,GDs）在骨修复领域的最新研究进展。方法广泛查阅近年来国内外相关研究文献，对GDs在骨修复材料中的性能表现（包括力学性能、导电性能和抗菌性能等）进行系统总结，探讨其在材料制备、功能化和应用方面的独特优势，以及对骨组织工程的贡献和挑战。结果 GDs在骨修复材料中的应用具有广泛前景，功能化和改性技术有效提升了GDs的成骨活性和材料性能。GDs可通过特定信号通路诱导干细胞成骨分化，并通过免疫调节机制促进成骨活性。此外，GDs的参数对细胞毒性和降解行为具有显著影响。结论 GDs凭借优异的物理化学特性和生物学性能，在骨修复领域具有巨大潜力。然而，仍需针对其细胞毒性、生物降解性及功能化策略展开进一步研究，以实现GDs在骨组织工程领域的更广泛应用。

关键词：石墨烯及其衍生物氧化石墨烯骨修复信号通路

羊肉多不饱和脂肪酸生理功能及其合成机制的研究进展

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基因组学与应用生物学 2025年

作者：程欢欢张雪莹孔园园乐祥鹏兰州大学草地农业科技学院草种创新与草地农业生态系统全国重点实验室农业农村部草牧业创新重点实验室草地农业教育部工程研究中心

羊肉中的多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid， PUFA）是影响羊肉品质的重要指标，且具有多种重要的生理功能，其组成和含量与人类健康密切相关。随着人们对健康饮食的关注度不断提高，了解羊肉中PUFA的生理功能及其合成机制... 详细信息

羊肉中的多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid， PUFA）是影响羊肉品质的重要指标，且具有多种重要的生理功能，其组成和含量与人类健康密切相关。随着人们对健康饮食的关注度不断提高，了解羊肉中PUFA的生理功能及其合成机制变得尤为重要。本文对比了羊肉和其他物种肉中PUFA的含量，描述了PUFA在提高生产性能、抗炎抗氧化等方面的具体作用，阐述了PUFA合成的具体途径，总结了不同品种、年龄、性别、饲料组成、饲养方式等对羊肉中PUFA含量的影响。结果表明羊肉中PUFA具有重要生理功能，其合成由多种酶和基因调控，且受饲料、饲养方式、品种和环境等多种因素的影响。本文为羊肉中PUFA的研究和应用提供了一定的理论基础和参考价值。

关键词：羊肉多不饱和脂肪酸影响因素生理作用合成机制

超长单链DNA与茶多酚超分子组装构筑多功能水凝胶

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高分子学报 2022年第10期53卷 1261-1270页

作者：唐建普崔臻欧俊含姚池仰大勇天津大学化工学院教育部合成生物学前沿科学中心系统生物工程教育部重点实验室天津300350

为开发新的DNA组装模式、整合杂化功能模块、丰富DNA水凝胶的合成方法和功能,利用双滚环扩增策略合成了超长DNA链,通过茶多酚(TP)与DNA链间的超分子组装,构建了TP-DNA杂化水凝胶.优化了水凝胶组分,通过扫描电子显微镜、流变测试等对水... 详细信息

为开发新的DNA组装模式、整合杂化功能模块、丰富DNA水凝胶的合成方法和功能,利用双滚环扩增策略合成了超长DNA链,通过茶多酚(TP)与DNA链间的超分子组装,构建了TP-DNA杂化水凝胶.优化了水凝胶组分,通过扫描电子显微镜、流变测试等对水凝胶进行表征,以此研究TP的引入对DNA水凝胶性能的影响.研究结果表明,TP的引入不仅可以调节DNA水凝胶受核酸酶降解的速率,还赋予水凝胶抑菌、促进伤口愈合的特性,在大鼠伤口模型中显著地促进伤口愈合.

关键词： DNA水凝胶茶多酚抗菌抗降解

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基因组再造与重排构建细胞工厂

化工学报 2019年第10期70卷 3712-3721页

作者：谢泽雄陈祥荣肖文海李炳志元英进教育部合成生物学前沿科学中心天津300072 天津大学化工学院系统生物工程教育部重点实验室天津300072

细胞工厂能利用微生物细胞制备人类所需能源、药物和化学品。底盘细胞和外源代谢路径的适配是构建高效细胞工厂的核心难题。基因组再造指利用化学合成的核苷酸分子“自下而上”构建生物基因组,基因组诱导重排指通过在全基因组尺度进行DN... 详细信息

细胞工厂能利用微生物细胞制备人类所需能源、药物和化学品。底盘细胞和外源代谢路径的适配是构建高效细胞工厂的核心难题。基因组再造指利用化学合成的核苷酸分子“自下而上”构建生物基因组,基因组诱导重排指通过在全基因组尺度进行DNA序列与结构的人为调控。基因组再造和诱导重排实现了对生命体的创造,增强了模式底盘细胞的遗传稳定性和操作柔性。基因组的适度精简和密码子简化改善细胞对底物、能量的利用效率,提高细胞生理性能的预测性和可控性。基因组重排可诱导染色体发生随机删除、复制、移位和倒置等结构变异,可产生大量性状优良的模式底盘细胞,进而加速代谢路径优化,提高路径和底盘细胞的适配性,为人工细胞工厂快速构建和优化提供了新策略。

关键词：基因组再造基因组重排细胞工厂底盘细胞代谢路径

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“基因式”创制DNA功能材料

高分子学报 2021年第11期52卷 1441-1458页

作者：董宇航韩金鹏仰大勇天津大学化工学院教育部合成生物学前沿科学中心系统生物工程教育部重点实验室天津300350

发展新的材料化学系统如建造大楼的“备料”阶段,是决定大楼品质的基石,是功能导向材料体系的分子基础.实现功能导向的材料设计、合成与过程的精准控制是材料化学领域发展的重要挑战.在高分子科学中,让高分子像“基因”一样精准控制单... 详细信息

发展新的材料化学系统如建造大楼的“备料”阶段,是决定大楼品质的基石,是功能导向材料体系的分子基础.实现功能导向的材料设计、合成与过程的精准控制是材料化学领域发展的重要挑战.在高分子科学中,让高分子像“基因”一样精准控制单体有序合成,完成信息传递和功能定制,是实现高分子材料精准创制的有效策略,即“基因式”精准创制.作为生命核心遗传物质,DNA分子自带生命基因属性,是可精准编码遗传信息的生物活性大分子,天然地符合材料“基因式”精准创制的构建原则.本文作者结合自身的研究,评述DNA功能材料的“基因式”创制,主要介绍树枝状DNA和DNA水凝胶2种重要功能材料的构建策略,其中树枝状DNA功能材料的构建策略包括靶标聚合法、酶促延伸法和杂化耦合法,DNA水凝胶的主要构建策略包括模块组装法、酶促扩增法、酶促延伸法、链式杂交法和化学交联法;讨论了DNA功能性材料的分子组装原理和功能调控机制,DNA分子展现出在“基因式”功能化材料创制方面的独有优势,主要为单体的精准排列、结构的精准可控组装、序列信息的精准传递和功能的精准定制;总结了DNA材料“结构-功能-应用”贯通式研究的典型案例,主要集中于蛋白质生产、3D细胞培养、细胞界面工程和疾病治疗等生物医学领域.期待DNA材料的不断发展能够促进形成一种高分子材料“基因式”创制的典型范式.

关键词： DNA功能高分子 DNA水凝胶树枝状DNA DNA纳米技术 “基因式”材料创制

红毛菜应答失水和复水的生理表现和转录组学分析

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水生生物学报 2025年

作者：张亚文林密许凯徐燕纪德华王文磊陈昌生谢潮添集美大学水产学院福建省水产生物育种与健康养殖工程研究中心农业部东海海水健康与养殖重点实验室

为探究红毛菜（Bangia fuscopurpurea）适应潮汐快速变化的机制,本研究选取野生红毛菜品系CY作为实验对象,将红毛菜原叶体在5个失水梯度（WL0%、30%、60%和90%）及复水状态（先在90%失水状态下保持2h然后再复水）下保持2h,从生理和转录... 详细信息

为探究红毛菜（Bangia fuscopurpurea）适应潮汐快速变化的机制,本研究选取野生红毛菜品系CY作为实验对象,将红毛菜原叶体在5个失水梯度（WL0%、30%、60%和90%）及复水状态（先在90%失水状态下保持2h然后再复水）下保持2h,从生理和转录表达水平分析其对失水/复水处理的应答机制。结果显示:红毛菜超氧阴离子(O2–)、过氧化氢（H2O2）、丙二醛（MDA）、脯氨酸、可溶性糖、藻红蛋白和别藻蓝蛋白含量在失水时上升;超氧化物歧化酶（SOD）及最大光化学量子产率（Fv/Fm）在失水时下降;抗坏血酸过氧化物酶（APX）和过氧化物酶（POD）的活性在失水60%时显著升高后下降;而过氧化氢酶（CAT）无显著变化。在复水后,所有生理指标均恢复至未失水处理下的水平。此外,通过差异表达基因（DEGs）富集分析,发现核糖体蛋白和热激蛋白相关基因在失水过程中上调表达,而氨基酸合成等相关基因在复水后下调表达。综上所述:红毛菜通过调节抗氧化酶活性及合成失水耐受相关核糖体蛋白等防御功能以应答失水胁迫;在复水过程中,通过抑制核糖体蛋白质合成及增强光合作用供给能量和转运有毒代谢产物以帮助红毛菜恢复生理代谢活动。研究可以加深对潮间带海藻应答失水胁迫的认识,以及为红毛菜耐干良种选育提供数据参考。

关键词：红毛菜失水复水生理响应抗氧化系统转录组差异表达基因

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大肠杆菌合成中链脂肪酸研究进展

科学通报 2022年第25期67卷 3014-3023页

作者：房立霞冯雪茹刘夺韩紫依刘梦晓郝雪雁曹英秀天津大学化工学院天津300072 天津大学合成生物学前沿科学中心系统生物工程教育部重点实验室天津300072

中链脂肪酸(medium-chain fatty acids,MCFAs)及其衍生化学品在能源、医药、化工等诸多领域具有重要的应用价值.微生物发酵生产MCFAs是一条绿色、可持续的路线.大肠杆菌(Escherichia coli)可利用天然脂肪酸合成(fatty acid biosynthesis... 详细信息

中链脂肪酸(medium-chain fatty acids,MCFAs)及其衍生化学品在能源、医药、化工等诸多领域具有重要的应用价值.微生物发酵生产MCFAs是一条绿色、可持续的路线.大肠杆菌(Escherichia coli)可利用天然脂肪酸合成(fatty acid biosynthesis,FAB)路径和逆向β氧化(reversedβ-oxidation,RBO)路径合成***生产存在链长难控制、合成效率低、细胞损伤大等问题.近年来,工程大肠杆菌合成MCFAs取得了重大进展.通过链长控制蛋白的筛选与改造,MCFAs合成特异性得以提高;通过增加前体供应和强化产物释放,对合成路径进行“推-拉”,MCFAs合成效率得以改善;通过膜工程改造、应激响应调控及适应性进化,工程菌株对MCFAs的耐受性得以增强.本文基于大肠杆菌合成MCFAs的两种路径,系统综述了近年来控制产物链长、优化合成路径和增强细胞耐受的工程化策略,并展望了后续改善MCFAs合成的研究方向.

关键词：大肠杆菌中链脂肪酸代谢工程链长耐受

N-端改造植物P450酶实现工程大肠杆菌合成甜菜黄素

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2021年第9期54卷 934-941页

作者：赵广荣侯亚男天津大学化工学院天津300350 教育部合成生物学前沿科学中心和系统生物工程重点实验室天津300350

甜菜黄素是安全的植物源水溶性天然色素,主要应用于食品行业.甜菜黄素还具有抗氧化活性和光学特性,在医疗保健、荧光成像等领域具有潜在应用价值.目前,甜菜黄素的主要来源是植物提取分离,但存在甜菜黄素含量低、种类少等问题.本文改造植... 详细信息

甜菜黄素是安全的植物源水溶性天然色素,主要应用于食品行业.甜菜黄素还具有抗氧化活性和光学特性,在医疗保健、荧光成像等领域具有潜在应用价值.目前,甜菜黄素的主要来源是植物提取分离,但存在甜菜黄素含量低、种类少等问题.本文改造植物P450氧化酶,研发大肠杆菌异源合成甜菜黄素的新方法.首先,对甜菜的P450氧化酶CYP76AD1^(LL)和P450还原酶(cytochrome P450 reductase,CPR)进行N-端截短和改造,研究不同改造序列和表达策略对合成L-多巴的影响.结果表明,截去N-端跨膜序列,利用3种不同N-端序列修饰P450氧化酶,MA序列修饰CPR(MA-tCPR),工程大肠杆菌中均能以L-酪氨酸为底物合成L-多巴.其中亲水性2B1序列(MAKKTSS)修饰P450氧化酶,采用双顺反子表达策略优于单顺反子,工程大肠杆菌BDP10合成L-多巴的产量最高,为40.42 mg/L.进一步表达紫茉莉的4,5-多巴双加氧酶基因,构建了工程大肠杆菌BTA11,利用L-酪氨酸为前体,合成了甜菜醛氨酸.最后,在培养基添加3种氨基酸(对氨基苯甲酸、L-组氨酸、L-亮氨酸)和3种胺类化合物(酪胺、吡咯烷、吲哚啉),工程大肠杆BTA11合成了6种对应的甜菜黄素.研究结果表明,采用N-端改造策略赋予植物P450氧化酶在大肠杆菌中具有催化功能,能合成天然和非天然的颜色多样、结构丰富的多种甜菜素.

关键词：细胞色素P450酶甜菜黄素大肠杆菌合成生物学酶的改造