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BME 420 – 高级生物材料科学
课程描述：本课程的目标是学习材料选择、用于人体的材料的重要特性以及人体如何与这些材料相互作用/反应。课程的第一部分将介绍用作生物材料的材料的结构和特性，包括金属、陶瓷、合成聚合物和生物聚合物。课程将回顾这些材料的结构以及结构如何定义材料的行为。课程将回顾材料的体积行为，包括广义胡克定律，并介绍新概念（包括热应变、表面特性和粘弹性）。课程将向学生介绍特性表征、故障分析和性能测试的问题。课程的第二部分将介绍生物相容性材料的定义和标准，重点是临床相关性。课程将介绍生物相容性材料选择的过程，涉及身体反应，包括免疫、细胞和组织相互作用、毒性和安全性。课程将讨论故障分析和性能测试。学生将分组使用课程中学到的工具和概念，使用生物材料分析市场上的植入物或设备。
ullrich-et-al-acta-biomateria-2021.pdf
胎儿治疗先天性肺部疾病，例如囊性纤维化，表面活性剂蛋白综合征和生殖器性隔膜疝，通过改善产前诊断和延长技术的改善使其成为可能。将治疗剂递送到纳米颗粒中的胎儿肺部可改善细胞摄取。基于纳米颗粒的胎儿肺疗法的效率和安全性取决于靶向必要细胞群体。这项研究旨在确定通过静脉内和肿瘤内途径传递的胎儿肺中各种组合物和大小的纳米颗粒的相对分布。粒子的静脉输送比胎儿肺中上皮，内皮和造血细胞的散布更有效。肺组织最有效的焦油是在50％和44％的上皮细胞和44％的聚集的肺组织（pace）颗粒的250nm聚胺（pace）颗粒中。这项研究表明，递送和颗粒组成的途径会影响胎儿肺的相对细胞摄取，这将为未来的基于粒子的胎儿治疗的研究提供依据。
生物材料和 3D 生物打印策略模拟胶质母细胞瘤和血脑屏障
胶质母细胞瘤 (GBM) 是最常见、最具侵袭性的成人原发性脑癌，占所有恶性中枢神经系统 (CNS) 肿瘤的 14.6%。 [1] 美国患者的五年相对生存率为 6.8%，在所有原发性恶性 CNS 肿瘤中排名最低。 [1] 尽管过去几十年来做出了巨大努力，但 GBM 患者的预后却进展甚微。GBM 的标准治疗包括最大限度的安全手术切除，然后进行同时进行的口服甲基化剂替莫唑胺 (TMZ) 化放疗，然后进行辅助 TMZ。以前尝试过使用半开颅术进行完全手术切除，但由于肿瘤细胞弥漫性侵袭到脑部并且需要保留基本的脑功能，因此未能治愈。GBM 细胞以不同的方式侵入脑实质，包括以单细胞形式，并作为复发的储存器。对 GBM 进行广泛的分子分析已鉴定出反映异质性肿瘤遗传学和表观遗传学的不同转录亚型。TME 内肿瘤细胞、基质细胞和细胞外基质 (ECM) 之间复杂的细胞和细胞基质相互作用，导致 GBM 肿瘤生态系统动态且具有免疫抑制性，对现有治疗方法具有高度抵抗性。普遍复发、肿瘤内和肿瘤间高度异质性以及复发性 GBM 对治疗的抵抗性导致预后不良，70 岁以下患者的中位生存期仅为 14.6 个月。[2] 与其他实体瘤相比，将治疗药物递送到 GBM 肿瘤部位尤其具有挑战性，因为药物和细胞在脑部独特的血管屏障——血脑屏障 (BBB) 上的运输受到限制。 BBB 是循环血液与脑实质之间的一道屏障，可防止血源性病原体或有毒物质进入中枢神经系统，并维持中枢神经系统稳态。[3] BBB 可排除 98% 以上的小分子药物，并严格调节淋巴细胞外渗，限制化疗药物和效应 T 细胞在胶质母细胞瘤组织中的积累。[4] 调节 BBB 或绕过屏障可促进某些脑肿瘤治疗，这表明功能性 BBB 的存在可能对准确评估胶质母细胞瘤治疗至关重要。[5–7] 人们对重新利用 FDA 批准的
医疗器械和先进治疗药物中使用的纳米生物材料的风险管理框架
1 威尼斯卡福斯卡里大学环境科学、信息学和统计学系，Via Torino 155, 30172 威尼斯，意大利；giubilato@unive.it (EG)；virginia.cazzagon@unive.it (VC)；marcom@unive.it (AM)；semenzin@unive.it (ES) 2 阿威罗大学生物系和 CESAM，3810-193 阿威罗，葡萄牙；mjamorim@ua.pt 3 意大利国家研究委员会 (CNR-ISTEC) 陶瓷科学技术研究所，Via Granarolo 64, 48018 法恩扎，意大利；magda.blosi@istec.cnr.it (MB)； anna.costa@istec.cnr.it (ALC) 4 法国国家工业和风险环境研究所，ALATA 技术园区，60550 Verneuil-en-Halatte，法国；Jacques.bouillard@ineris.fr (JB)；alexis.vignes@ineris.fr (AV) 5 瓦赫宁根大学毒理学部，6708 WE Wageningen，荷兰；hans.bouwmeester@wur.nl 6 卡罗琳斯卡医学院环境医学研究所分子毒理学部，171 77 斯德哥尔摩，瑞典；bengt.fadeel@ki.se 7 赫瑞瓦特大学能源、地球科学、基础设施和社会学院生命与地球科学研究所，爱丁堡 EH14 4AS，英国； T.Fernandes@hw.ac.uk 8 Instituto Tecnologico del Embalaje, Transporte y Logistica, 46980 Paterna-Valencia, 西班牙；carlos.fito@itene.com 9 Empa，瑞士联邦材料科学与技术实验室，Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St. Gallen，瑞士；Marina.Hauser@empa.ch (MH)；nowack@empa.ch (BN) 10 GreenDecision Srl，Via delle Industrie, 21 / 8, 30175 Venice，意大利；lisa.pizzol@greendecision.eu (LP)；alex.zabeo@greendecision.eu (AZ) 11 生物化学、生物物理和生物工程研究所，工程与物理科学学院，赫瑞瓦特大学，爱丁堡 EH14 4AS，英国； l.powell@hw.ac.uk (LP); v.stone@hw.ac.uk (VS) 12 都柏林大学圣三一学院三一转化医学研究所，都柏林 8，爱尔兰；prinamea@tcd.ie 13 雅典国立技术大学化学工程学院，15780 雅典，希腊；hsarimv@central.ntua.gr 14 奥胡斯大学生物科学系，8600 Silkeborg，丹麦；jsf@bios.au.dk 15 能源与环境技术研究所，47229 杜伊斯堡，德国；stahlmecke@iuta.de 16 利兹大学化学与过程工程学院纳米制造研究所，利兹 LS2 9JT，英国； tawilkins@leeds.ac.uk 17 职业医学研究所，Research Avenue North, Riccarton, Edinburgh EH14 4AP, 英国; lang.tran@iom-world.org * 通讯地址：danail.hristozov@unive.it
生物材料科学-Annabi Lab
从浅表擦伤到全厚度的性能，这些伤害是由多种原因造成的，包括钝力损伤，外国体外穿透，化学烧伤等。眼损伤与因感染主要屏障的崩溃而引起的高风险，即眼睛的浅表上皮，这也可能包括角膜或巩膜破裂，允许将微生物浸润到眼睛中。2虽然超纤维损伤通常可以自我切割，但更严重的眼部损伤需要手术干预，包括缝合，使用胶粘剂/密封剂或组织嫁接（羊膜或角膜组织）。标准伤害后治疗方案包括局部灌输在眼表面的抗生素。然而，由于眼表面短的接触时间（1 - 2分钟内），较少的药物生物利用度，眼滴显示出低效率。3此外，眼睛滴剂的应用是
合理设计抗原掺入亚单位疫苗生物材料可增强抗原特异性免疫反应
肽亚单位疫苗通过降低脱靶反应风险和提高诱导适应性免疫反应的特异性来提高安全性。然而，大多数可溶性肽的免疫原性通常不足以产生强大而持久的免疫力。已经开发了许多用于肽抗原的生物材料和运载工具，以在保持特异性的同时改善免疫反应。肽纳米簇 (PNC) 是一种亚单位肽疫苗材料，已显示出增加肽抗原免疫原性的潜力。PNC 仅由交联肽抗原组成，并且已由长度小至 8 个氨基酸的几种肽抗原合成。然而，与许多肽疫苗生物材料一样，合成需要在肽中添加残基和/或共价接合抗原表位内的氨基酸以形成稳定的材料。为实现生物材料的结合或形成而进行的抗原修饰的影响很少被研究，因为大多数研究的目标是将可溶性抗原与生物材料形式的抗原进行比较。本研究调查了 PNC 作为平台疫苗生物材料，以评估肽修饰和具有不同交联化学性质的生物材料形成如何影响表位特异性免疫细胞呈递和活化。通过从模型肽表位 SIINFEKL 脱溶合成了几种类型的 PNC，该表位源自免疫原性蛋白卵清蛋白。SIINFEKL 被改变以在每个末端包含额外的残基，这些残基是经过战略性选择的，以便能够将多种结合化学选项掺入 PNC。使用了几种交联方法来控制使用哪些功能组来稳定 PNC，以及交联的可还原性。评估了这些变体在体内免疫后的免疫反应和生物分布。与单独的未修饰可溶性抗原相比，所有修饰抗原制剂在掺入 PNC 时仍会诱导相当的免疫反应。然而，一些交联方法导致所需免疫反应显著增加，而另一些则没有，这表明并非所有 PNC 的处理方式都相同。这些结果有助于指导未来的肽疫苗生物材料设计，包括 PNC 和各种共轭和自组装肽抗原材料，以最大化和调整所需的免疫反应。
陶瓷聚合物微流体传感器的生物材料嵌入工艺
摘要：微流体生物传感器的主要问题之一是生物层沉积。典型的制造工艺，例如陶瓷的烧制和硅与玻璃的阳极键合，都涉及高温暴露，任何生物材料都很容易受到高温的影响。因此，目前的方法是基于液体沉积，例如化学浴沉积 (CBD) 和电沉积 (ED)。然而，这种方法并不适用于许多生物材料。通过使用等离子体处理引入陶瓷-聚合物键合，部分解决了这个问题。该方法在等离子体激活和用聚合物盖密封系统之间引入了大约 15 分钟的生物改性窗口。不幸的是，一些生化过程相当缓慢，这段时间不足以将生物材料正确附着到表面。因此，介绍了一种基于生物改性后等离子体激活的新方法。至关重要的是，放电是有选择性的；否则，它会蚀刻生物材料。通过使用等离子处理和与聚合物粘合进行选择性表面改性，可以克服制造陶瓷生物传感器的困难。通过接触角测量和傅里叶变换红外 (FTIR) 分析研究了等离子体改性的区域。为了证明这一概念，制造了一个样品结构。结果表明该方法是可行的。
可见光响应动态生物材料
提供用户定义的力学、信号呈现和生物分子释放控制。利用光介导化学来调节材料特性，使研究人员能够在时间和空间上调整和控制化学反应。[25] 依靠生理条件来触发材料反应可能具有挑战性，因为局部酶浓度、pH 值甚至还原环境在活体样本和患者中可能存在很大差异。[26,27] 利用外部触发器可以帮助标准化研究和临床结果，将启动材料改变的权力交到患者或提供者手中。在此类事件的其他可能的外部触发器中（例如超声波、磁场或电场以及外源性施用的小分子），光是独一无二的，因为它可以提供高度局部化的材料响应，能够准确调整材料变化的程度，并有可能使用不同的波长调节不同的物理化学性质。虽然光响应生物材料在实验室中引起了轰动，但它们的适用范围很少超出体外细胞培养。常用化学物质与组织不透明度相结合所带来的根本限制使得体内应用基本上不可能。材料中最常用的光响应分子对近紫外线 (near-UV) 和蓝光反应最佳，这两种光对组织的穿透性都最小。[28] 虽然一些用这些光响应基团修饰的生物材料已在体内使用，但它们的激活仅限于皮肤下方的移植位置。[29] 将这些方法扩展到体内环境需要使用能够深入复杂组织的低能量、长波长光。扩大体内调节可能性的愿望导致了对此类光响应分子的激活波长进行红移的重大推动。这些化学进展，加上光学技术的发展，可在体内局部管理光，为在活体环境中光控制材料提供了新的和令人兴奋的机会。鉴于最近的几份报告详细介绍了对紫外线和蓝光敏感的物种及其材料科学应用，[1,30,31] 在这里我们重点介绍一些系统，这些系统的光激活可以通过接近哺乳动物组织光学窗口的低能光来控制。为了本综述的目的，我们将讨论仅限于光活性小分子和蛋白质，它们的单光子激发波长位于可见光和近红外 (near-IR) 区域，可用于通过光调节体内生物材料的特性。
快速凝固对先进生物材料Co-Cr-Mo-C合金组织及腐蚀的影响
摘要：本研究对先进生物材料合金快速凝固Co-Cr-Mo-C合金的微观组织和腐蚀性能进行了研究。采用快速凝固铸造方法不仅使受快速凝固影响较大的ε -HCP相的形成量发生了显著变化，而且电化学行为和凝固组织也发生了显著变化。本研究利用OM、SEM、EDS、XRD和动态电位仪研究了快速凝固Co-Cr-Mo-C合金。将钴合金锭放入充满氩气的感应炉中熔化，然后浇铸到V型砂型铜模中，制备快速凝固样品，并在不同的冷却速度下测量其性能。微观组织检查表明合金的结构主要由柱状树枝状组织组成，碳化物分布在一次和二次树枝状臂内，快速凝固将获得更细的树枝状组织以及改进的碳化物分布。这种结构将改善合金的腐蚀行为，并在以林格氏溶液作为电解质进行测试时降低其腐蚀速率。关键词：生物材料；钴铬合金；快速凝固；髋关节和膝关节植入物；腐蚀。
Acta Biomaterialia
由于缺乏脉管系统及其独特的粘弹性特性，损坏关节软骨的治疗选择受到限制。这项研究是第一个制造透明质酸（HA） - 聚甲基共聚物，用于替代关节软骨和修复骨软骨缺损的潜在用途。两栖philic移植共聚物。动态机械分析用于评估不同的重量比对HA – Co-HDPE材料粘弹性特性的影响。在生理载荷频率下，Ha – Co-HDPE共聚物的储存模量范围为2.4至15.0 MPa。HA – Co-HDPE材料的粘弹性特性受到改变Ha成分的HA和/或交联的变化的显着影响。细胞毒性和材料支持矿化的能力。ha – co-hDPE材料是非环毒性的，在骨髓基质细胞成骨分化后2周，HA – Co-HDPE材料的表面存在钙和磷。这项研究是测量HA – Co-HDPE在骨科应用中潜在用途的粘弹性特性和骨相容性的第一个。2010年由Elsevier Ltd.代表Acta Interalia Inc.