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生物醫用高分子材料(下) 版權信息
- ISBN：9787030702722
- 條形碼：9787030702722 ; 978-7-03-070272-2
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
生物醫用高分子材料(下) 本書特色
本書為生物醫用高分子材料領域國內外難得的一部集中多位科研一線知名學者的內容較為齊全、并且反映學術前沿的著作。
生物醫用高分子材料(下) 內容簡介
本書為“生物材料科學與工程叢書”之一。生物醫用高分子材料具有十分廣泛的用途和豐富的科學內涵。本書從基礎層面介紹高分子以及醫用高分子材料的基本概念和主要用途，并且特別結合各章作者的特長總結了醫用高分子的多個方面，在介紹靠前學術前沿的同時，也適當突出我國學者的相關基礎研究。為響應國家從上游基礎研究和下游應用的全鏈條研究開發的號召，本書也適當介紹了面向臨床應用的實例和相關醫療器械的生物學評價原則。 本書集中了我國有關專家學者和不錯研發人員，他們從多個方面介紹了生物醫用高分子材料的基礎知識、近期新科研動態和趨勢展望，可供相關領域的高等院校師生、科研人員、有關企事業員工和醫務工作者參考，既方便初學者獲得有關生物醫用高分子材料的基礎知識，也有助于研發人員洞悉前沿和深入思考。 本書為下冊。
生物醫用高分子材料(下) 目錄
目錄
總序
前言
（上）
第1章 醫用高分子材料概論 1
1.1 生物材料的定義和分類 1
1.2 醫用高分子材料的發展歷程 2
1.3 醫用高分子材料的基本要求與特色 4
1.4 主要的醫用高分子材料類型和用途 4
1.4.1 醫用高分子材料類型 4
1.4.2 醫用高分子材料的用途簡介 7
1.5 醫用高分子材料的發展趨勢 9
參考文獻 11
第2章 高分子基礎知識和常見的醫用合成高分子 13
2.1 高分子基礎知識 13
2.1.1 高分子的定義與歷史 13
2.1.2 高分子的結構與命名 14
2.1.3 高分子的基本參數 15
2.1.4 高分子的分類 17
2.1.5 高分子材料的制備方法 17
2.1.6 影響聚合物性能的因素 18
2.2 常見的醫用高分子簡介 19
2.3 常見的醫用合成高分子 20
2.3.1 可降解合成高分子 20
2.3.2 不可降解合成高分子 26
參考文獻 30
第3章 天然高分子基生物醫用材料 38
3.1 天然的高分子概述 38
3.1.1 主要天然高分子 39
3.1.2 天然高分子材料的生物醫學應用前景 42
3.2 天然高分子藥物緩釋載體材料 44
3.2.1 殼聚糖載體 44
3.2.2 海藻酸載體 46
3.2.3 普魯蘭多糖載體 47
3.2.4 其他天然高分子載體 48
3.3 天然高分子組織工程材料 49
3.3.1 骨組織工程材料 49
3.3.2 皮膚組織工程材料 51
3.3.3 神經組織工程材料 53
3.3.4 其他組織工程材料 55
3.4 天然高分子醫用敷料 56
3.4.1 纖維素基敷料 56
3.4.2 甲殼素/殼聚糖敷料 58
3.4.3 海藻酸敷料 60
參考文獻 62
第4章 可注射性熱致水凝膠 73
4.1 熱致水凝膠的含義和特色 74
4.2 PEG-聚酯熱致水凝膠 76
4.2.1 可熱致凝膠化的PEG-聚酯嵌段共聚物的合成 76
4.2.2 PEG-聚酯熱致水凝膠的凝膠性質及其性能的調控 77
4.2.3 熱致水凝膠的凝膠化機理 80
4.2.4 熱致水凝膠的體內降解與生物相容性 82
4.2.5 熱致水凝膠的醫學應用 83
4.3 PEG-聚多肽熱致水凝膠 98
4.4 聚有機磷腈水凝膠 99
4.5 小結與展望 101
參考文獻 102
第5章 高強度醫用水凝膠 112
5.1 高強度醫用水凝膠定義 113
5.2 高強度醫用水凝膠分類 113
5.2.1 化學交聯高強度水凝膠 113
5.2.2 物理/化學雙交聯高強度水凝膠 114
5.2.3 物理交聯高強度水凝膠 117
5.3 多功能高強度水凝膠的構建 119
5.3.1 形狀記憶水凝膠 119
5.3.2 刺激響應性水凝膠 120
5.3.3 自修復高強度水凝膠 123
5.3.4 導電高強度水凝膠 123
5.3.5 3D打印高強度水凝膠 123
5.4 高強度水凝膠在生物醫學領域的應用 124
5.4.1 藥物/基因遞送載體 124
5.4.2 智能細胞培養支架 125
5.4.3 柔性器件與傳感器 125
5.4.4 人工角膜 126
5.4.5 人工軟骨替代物 126
5.4.6 骨缺損修復支架 127
5.4.7 人工血管 128
5.4.8 永久動脈瘤栓塞材料 129
參考文獻 131
第6章 藥用高分子 136
6.1 口服制劑中的高分子 137
6.1.1 普通口服制劑中的高分子 137
6.1.2 口服緩控釋制劑中的高分子 140
6.1.3 口服定時定位制劑中的高分子 142
6.2 注射制劑中的高分子 145
6.2.1 高分子藥物 146
6.2.2 納米給藥系統 156
6.3 植入給藥系統中的高分子 164
6.3.1 非生物降解型植入劑中的高分子 164
6.3.2 生物可降解型植入劑中的高分子 165
6.3.3 可注射植入劑中的高分子 166
6.4 經皮給藥制劑中的高分子 167
6.4.1 常規經皮給藥制劑中的高分子 167
6.4.2 微針給藥系統中的高分子 171
6.5 眼部給藥系統中的高分子 175
6.5.1 水凝膠 176
6.5.2 眼部插入劑 178
6.6 黏膜給藥制劑中的高分子 180
6.6.1 鼻腔黏膜給藥制劑中的高分子 180
6.6.2 陰道黏膜給藥制劑中的高分子 182
6.6.3 直腸黏膜給藥制劑中的高分子 182
6.7 介入治療中的高分子 183
6.7.1 血管支架置入術 183
6.7.2 栓塞術 184
6.8 影像制劑中的高分子 187
6.8.1 熒光成像 188
6.8.2 生物發光成像 189
6.8.3 光聲成像 190
6.8.4 放射性影像 191
6.9 細胞和免疫治療用高分子 192
6.9.1 輸送載體 192
6.9.2 細胞支架 194
參考文獻 196
第7章 基于響應性高分子的探針和診療功能材料 204
7.1 響應性高分子概述 205
7.2 響應性高分子熒光探針 206
7.2.1 基于響應性高分子本體性質的溫度和pH探針 207
7.2.2 超分子識別型響應性高分子熒光探針 209
7.2.3 化學反應型高分子熒光探針 210
7.3 響應性高分子磁共振造影探針 216
7.3.1 光響應大分子磁共振造影劑 217
7.3.2 生物微環境響應性大分子磁共振造影劑 218
7.3.3 生物微環境響應性高分子診療材料 223
7.4 小結與展望 229
參考文獻 231
第8章 抗腫瘤納米藥物的設計 239
8.1 抗腫瘤納米藥物的設計原理 240
8.1.1 抗腫瘤納米藥物的研究現狀 240
8.1.2 抗腫瘤靶向藥物輸送過程：CAPIR級聯過程與輸送瓶頸 240
8.1.3 納米藥物的功能協同：2R2SP需求與3S納米特性轉換 242
8.1.4 實現3S納米特性轉換的方法 244
8.1.5 腫瘤滲透 251
8.2 電荷反轉納米藥物的設計 253
8.2.1 電荷反轉化學原理 253
8.2.2 納米藥物電荷反轉策略實現途徑 253
8.3 利用電荷反轉實現3S納米特性轉換 256
8.3.1 電荷反轉用于調控納米藥物的表面電勢 256
8.3.2 電荷反轉用于調控納米藥物尺寸 256
8.3.3 電荷反轉用于調控納米藥物的穩定性 258
8.4 小結與展望 260
參考文獻 262
第9章 RNA干擾藥物的高分子遞送載體 279
9.1 RNA干擾概述 280
9.2 RNA干擾現象的發現及作用機制 280
9.2.1 RNA干擾現象的發現 280
9.2.2 RNA干擾的作用機制 281
9.3 RNA干擾藥物在疾病治療中的應用及面臨的挑戰 282
9.3.1 RNA干擾在抗病毒治療中的研究 282
9.3.2 RNA干擾在腫瘤治療中的研究 283
9.3.3 已完成及正進行臨床試驗的RNA干擾藥物 284
9.4 RNA干擾藥物的高分子遞送載體 286
9.4.1 基于環糊精的納米載體 287
9.4.2 基于殼聚糖的納米載體 288
9.4.3 基于PEI的納米載體 288
9.4.4 基于PLGA/PLA的納米載體 289
9.4.5 基于聚陽離子樹枝狀大分子的納米載體 290
9.4.6 高分子材料輔助的脂質體類納米載體 291
9.5 陽離子脂質輔助的納米載體 293
9.5.1 基于PEG-PLA/PLGA的陽離子脂質輔助的納米載體 293
9.5.2 腫瘤酸度響應性CLAN 294
9.5.3 CLAN遞送小干擾RNA在腫瘤等疾病治療中的應用 295
9.5.4 CLAN的臨床前研究 296
9.6 小結與展望 297
參考文獻 298
第10章 高分子造影劑 303
10.1 核磁共振影像原理與高分子造影劑的構建 304
10.1.1 磁共振T1造影劑及其設計 305
10.1.2 磁共振T2造影劑及其設計 307
10.2 其他生物成像方法的原理與高分子造影劑的構建 312
10.2.1 光學影像原理及造影劑設計 312
10.2.2 光聲影像原理及造影劑設計 314
10.2.3 超聲影像原理及造影劑設計 317
10.2.4 核醫學影像原理及造影劑設計 321
10.2.5 X射線影像原理及造影劑設計 326
10.2.6 多模態造影劑 329
10.3 磁共振造影劑納米粒子的生物安全性研究 331
參考文獻 333
第11章 影像可視化藥物和基因輸送高分子載體 343
11.1 基于高分子載體的藥物和基因輸送 344
11.2 影像可視化引導高分子載體輸送體系進行更高效的疾病治療 346
11.2.1 影像可視化可反映高分子傳輸體系在體內的實時分布與代謝 347
11.2.2 影像可視化實現高分子傳輸體系的診療一體化 347
11.2.3 影像可視化的引入可促進藥物的釋放與滲透 348
11.3 高分子載體輸送體系的影像可視化手段 350
11.3.1 光學成像是*常用的高分子載體輸送體系可視化途徑 350
11.3.2 磁共振成像對高分子載體的體內輸送行為進行實時監測 353
11.3.3 超聲成像輔助高分子載體輸送體系進行靶點藥物釋放 356
11.3.4 高分子載體體系其他影像可視化手段的實現 359
11.3.5 多模態成像的引入實現高分子載體輸送體系的體內精準定位 363
11.4 影像可視化高分子載體的應用與展望 365
參考文獻 365
第12章 自身具有治療功能的聚合物材料 374
12.1 從載體材料到具有治療功能的聚合物材料 374
12.2 可抑制免疫反應的陽離子聚合物 375
12.2.1 陽離子聚合物抑制免疫反應的機理 375
12.2.2 采用陽離子聚合物全身治療的應用 377
12.2.3 采用陽離子聚合物局部治療的應用 379
12.2.4 陽離子聚合物的生物安全性 381
12.3 具有藥理活性的樹形大分子 382
12.3.1 抗炎癥反應的樹形大分子 382
12.3.2 抗腫瘤的樹形大分子 385
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生物醫用高分子材料(下) 節選
第13章 組織工程和組織再生高分子多孔支架 摘要：近年來，組織工程和組織再生技術發展迅速。組織工程手段采用外源細胞與多孔支架進行復合，然后在體外或者體內的條件下，生物材料降解而細胞構成同時具備外形和功能的組織；而原位組織再生則向體內缺損部位直接植入多孔支架，在材料降解的過程中，利用內源細胞再造組織。這兩者都離不開生物材料。 組織工程與組織再生材料必須同時具備可降解性以及良好的細胞相容性。支架除了提供擬修復組織的外形以外，也為細胞的遷移、增殖、分化提供適當的微環境；并且多孔支架應當能夠有效地進行養分的輸送和代謝廢物的排除，可在生物環境中降解且降解速率與組織修復生長速率相匹配。 在各種材料中，高分子材料以其材料選擇的多樣性和可調節性以及良好的可加工性與生物相容性得到了廣泛的研究。本章首先介紹組織工程與組織再生的起源與基本概念，然后總結組織工程/組織再生支架材料的共同特點與主要分類，并從高分子多孔支架的制備方法、多孔支架的表征方法、高分子支架材料的降解調控、多孔支架材料內表面的表面改性等方面介紹組織工程/組織再生高分子多孔支架的主要進展，*后對組織工程與組織再生面臨的問題進行總結，并對其發展方向進行展望。 Abstract: Tissue engineering and tissue regeneration technologies have been developed rapidly in recent years. The tissue engineering method uses the exogenous cells combined with the porousscaffold， in vitro or in vivo. And the biomaterial will be degraded while the cells will constitute tissue with both shape and function of the normal tissue. On the other hand， tissue regeneration technology implants porous scaffolds directly into the diseased region of the body， and the in situ induction of tissue regeneration relies on endogenous cells along with material degradation. Both of these two technologies are inseparable from biological materials. Tissue engineering and tissue regeneration materials must be both degradable and biocompatible. In addition to providing the shape of the tissue to be repaired， the scaffold should also provide a suitable microenvironment for cell migration， proliferation， and differentiation. At the meantime， the porous scaffold must allow for nutrient transport and metabolic waste removal. The scaffold should be biodegradable， and its degradation rate under the biological environment should match that of tissue regeneration. Among all kinds of biomaterials， polymer materials have been extensively studied for their diversity as well as good biocompatibility and processability. This chapter introduces the origin and basic concepts of tissue engineering and tissue regeneration， and then summarizes the common features and main classifications of tissue engineering or tissue regeneration scaffold materials. The main research progress of polymer porous scaffolds for tissue engineering or tissue regeneration is introduced from the preparation， characterization， and degradation regulation of polymer scaffold materials， to the surface modification of the inner surfaces of porous scaffolds. Finally， the current problems in tissue engineering and tissue regeneration are summarized， and the potential development is prospected in this fascinating field. 13.1 組織工程和組織再生材料概述 組織器官損傷后的傳統修復手段面臨著供體器官有限或植入人工材料的功能不全面等問題，而再生醫學的發展提供了新的解決策略。組織工程和組織再生都是再生醫學的重要手段，它們在使用生物材料方面具備不少共同的基本特征。 13.1.1 組織工程 組織工程的相關探索可以追溯到20世紀70年代，研究者幾次獨立嘗試使用細胞與膠原蛋白、糖胺聚糖等創造皮膚替代物[1-3]。組織工程（tissue engineering）這一術語的真正提出是在20世紀80年代，由美國華裔科學家、國際生物力學學科奠基人馮元楨（Yuan-Cheng Fung）教授建議，1987年首次出現在美國國家自然科學基金委的報告中（本書作者在2003年Abt Associates Inc.的一個出版物中挖掘了這個信息）[4]。1993年，美國麻省理工學院生物材料科學家Robot Langer教授和哈佛大學麻省總醫院Jesserf Vacanti教授在Science上聯合撰文，標志著組織工程學科的誕生；他們指出：組織工程是應用生命科學與工程學的原理和技術，在正確認識哺乳動物的正常及病理兩種狀態下的組織結構與功能關系的基礎上，研究、開發用于修復、維護、促進人體各種組織或器官損傷后的功能和形態的生物替代物的一門新興學科[5]。 人體組織和器官缺損后的修復替代以往主要通過自體移植、同種異體移植、異種異體移植以及植入人工組織或器官這四大方式（如將同種異體和異種異體移植合并為異體移植，則為三大類）。自體移植屬于以傷補傷；同種異體移植面臨組織器官來源不足的限制，排異反應也是一個問題；排異反應對于異種異體移植更為顯著，并且異種異體移植往往不能滿足要求；傳統意義上的人工組織和器官代用品也有一定的免疫排斥問題，更大的問題是，植入物不是由細胞所構成、沒有完備的生物學功能是該方法固有的缺陷。 有鑒于此，國際上在世紀之交掀起了采用干細胞技術或者組織工程技術進行組織再生的熱潮。這里的干細胞技術主要指采用胚胎干細胞技術（近年來還出現了采用誘導干細胞技術）通過長出組織器官、然后摘除其中一部分的方式，這種方式不僅僅遇到技術上的挑戰，在倫理上也有難以逾越的障礙。在這種情況下，綜合運用生物材料技術和種子細胞技術的組織工程應運而生，得到了廣泛的關注和研究[6-9]。 1997年，當時還在哈佛大學醫學院Vacanti教授課題組進行博士后研究的曹誼林，利用可降解聚合物負載軟骨細胞在裸鼠背上成功再生人耳郭形態軟骨，向人們展示了組織工程技術“再生”人體組織修復缺損的可能性[10]。之后又進一步研究了聚合物如聚乙醇酸、藻酸鹽及Pluronics水凝膠在具有免疫活性動物模型（豬）中應用組織工程的潛力[11]。2018年，上海市第九人民醫院的曹誼林教授團隊報道了利用3D打印和組織工程技術，在5名先天性小耳畸形患者身上成功實現耳郭重建[12]。多年來，國內外不少課題組在組織工程方面做出了貢獻并進行了總結[13-20]。 組織工程骨的構建*早主要采用了無機非金屬材料。1963年，Smith報道發明了一種用環氧樹脂浸透的多孔鋁酸鹽材料，其與骨組織的物理性能匹配，可以作為骨替代材料[21]；1969年，美國Hench教授研制出一種可用于人體硬組織修復的生物玻璃，這種材料可以同生物組織化學鍵合，具有良好的骨誘導活性，引領了20世紀70年代及以后生物活性材料的研究[22]。組織工程骨首次臨床應用由Quarto等報道于《新英格蘭醫學雜志》，他們使用自體骨髓基質干細胞（bone marrow stromal cell，BMSC）和羥基磷灰石支架對三名患者進行大骨缺損修復，13個月后3名患者的骨缺損部位均有良好的修復[23]。國內清華大學崔福齋團隊開發的骨修復支架于2010年通過國家食品藥品監督管理局（State Food and Drug Administration，SFDA）（現為國家市場監督管理總局）認證，已幫助了數萬患者修復骨缺損[16]。四川大學華西醫院楊志明團隊運用組織工程技術修復了多例骨缺損、肌腱和韌帶損傷[24，25]。華東理工大學劉昌勝團隊對磷酸鈣骨水泥（calcium phosphate cement，CPC）進行了系統的研究，并應用于臨床[26]。華南理工大學王迎軍院士團隊研究開發了生物醫用陶瓷材料，系統研究了天然骨組織中鈣磷礦物在生物大分子基質調控下的有序組裝機理，提出骨組織修復生物應答新理念[27，28]。 軟骨是唯一的單一細胞類型的組織，軟骨組織工程貌似簡單，實則困難，并且市場巨大，需要特別予以關注。Hunter醫生在1743年曾提出對關節軟骨損傷的結論：關節軟骨一旦損傷，不能自行修復[29]。這主要是由于軟骨中無血管、神經以及淋巴，自修復能力極其有限，相應地為解決軟骨修復的問題，必須了解軟骨的結構。其他任何組織器官的修復，也均需要結合其體內特點，進行材料的設計。在關節軟骨修復技術的研發和轉化中，*早由Pridie于1959年報道微骨折（microfracture）技術來刺激軟骨再生[30]，其主要方法在于通過微骨折在軟骨損傷處鉆孔至軟骨下骨，使骨髓干細胞遷移至軟骨損傷處，再分化成軟骨組織。到了20 世紀八九十年代，發展了以自體軟骨細胞移植（autologous chondrocytes implantation，ACI）為基礎的關節軟骨再生技術，ACI技術*早是由瑞典的骨科醫生Brittberg建立的，1994年，其在《新英格蘭醫學雜志》上報道了23例軟骨細胞移植治療關節軟骨損傷，獲得了不錯的效果[31]。中國人民解放軍總醫院骨科研究所盧世璧院士牽頭的組織工程再生醫學團隊是國內*早研究關節修復的團隊之一。1972年，盧世璧團隊研制出人工髖關節，在臨床上取得良好效果[32]，1991年，其主導研發的珍珠面全髖人
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