摘要：目的具有负泊松比效应的植介入医疗器械逐渐备受关注。对具有负泊松比效应的镁合金气管支架与气管的相互作用规律进行探索,以揭示该类型支架的生物力学特征。方法建立包括气管软骨和膜壁等组织在内的具有详细解剖结构的气管三维模型,设计并建立具有拉胀结构与非拉胀结构的镁合金气管支架,计算验证拉胀结构支架的负泊松比效应。

摘要：目的拉伸成骨细胞可以调节细胞的增殖分化等。目前的研究主要集中在应变大小、加载时间和频率上,忽略了不同加载类型产生的各个方向不同应变的影响。考虑到细胞在体内也经受复杂的力学环境,故探究不同加载类型的应变对成骨细胞的影响,可以进一步理解细胞的力学反应机制,并指导组织工程支架设计。方法通过改制Flexcell设备对成骨细胞MC3T3-E1分别施加横向应变与轴向应变的负比值(NR)为0,大小为3%、6%、9%的应变和大小为6%,NR为-1、0和0.2的应变。利用CCK-8检测细胞增殖,通过免疫荧光获得细胞骨架粗细、细胞与细胞核面积等参数,计算YAP表达的核质比。对细胞进行光学拍照,观察牵张类型对细胞排列的影响。结果相较于其他所有应变组,成骨细胞MC3T3-E1在受到应变为6%,NR为0%的应变时,增殖速度更快,细胞核面积和细胞质面积更大,细胞骨架更粗,细胞核厚度更低,细胞核内的YAP增加。大小为6%时,NR为-1的应变没有明显改变细胞的排列,NR为0相比于0.2的应变细胞更快且均匀的垂直牵张方向排列。结论大小为6%,NR为0的应变使细胞骨架变粗,增加了对细胞核的压力,使细胞核变扁,促使YAP向细胞核内转移,从而促进了细胞的增殖。同时该应变也加速了细胞垂直于牵张方向应变排列的过程。

摘要：目的血管介入支架技术可有效治疗血管狭窄,但支架介入后的血管再狭窄问题目前未能得到解决,主要原因是血管支架的应力集中促进平滑肌细胞增殖,同时异物反应导致炎症反应增强。本文设计制备了可降解自贴合于血管内皮的智能变形覆膜,可有效减少血管支架的应力集中并降低介入部位的炎症反应。方法通过微波预聚合成聚十二烷二酸甘油酯(PGD)前体,调控合成条件,检测其力学和热力学性能,并测量其形状记忆功能、亲疏水性、溶胀率、降解动力学曲线及生物相容性。随后通过静电纺丝制备血管支架覆膜,并通过体内、体外实验验证其介入过程的有效性和降低炎症反应、减少应力集中的功能。结果通过微波预聚的PGD可实现快速合成,具有良好的形状记忆功能和生物相容性。亲疏水性、溶胀率和降解动力学曲线与热固化PGD一致。经过体外实验验证,该材料具有极低的溶血、凝血率。动物实验发现,本文制备的支架覆膜可实现介入过程,未发现支架及覆膜的脱落,与无覆膜支架相比,有更低的炎症反应和更快的内皮化速度。结论本文设计制备的血管支架覆膜,可以有效降低介入部位的炎症反应及应力集中作用导致的内膜增生,同时可加快支架及覆膜的内皮化速度,为血管支架设计提供新思路。

摘要：目的探明Irisin能否促进损伤肌肉再生及其分子机制。方法本研究设计了一种新的局部药物递送方法,采用水凝胶作为载体将Irisin包裹其中,并将其植入大鼠肌肉损伤部位,随着水凝胶的逐渐降解,Irisin被释放到损伤区域。本研究设置了对照组、水凝胶组、Irisin组三个实验组,利用组织学和免疫学的手段,探究Irisin对肌肉损伤部位的修复效果及分子机制。结果研究结果表明Irisin增加损伤肌肉肌纤维的横截面积和肌纤维的数量。在研究分子机制中发现损伤修复初期,Irisin组较水凝胶组有更多呈中央核分布的肌纤维;Irisin组和水凝胶组均能促进卫星细胞激活与成肌分化,Irisin作用效果略微更佳;Irisin在损伤肌肉修复均未观察到明显的神经再生;在研究Irisin对免疫细胞招募作用中发现,Irisin较水凝胶组能观察到更多M1巨噬细胞的浸润,但并未发现Irisin组中M2巨噬细胞极化数量比水凝胶组多;还发现Irisin组和水凝胶组均能促进损伤肌肉部位抗炎症因子TGF-beta和IL-10的表达,其中,Irisin对IL-10表达的促进效果更为显著。结论Irisin能促进肌肉损伤肌纤维再生;Irisin可通过激活卫星细胞来促进损伤肌肉的再生;Irisin对肌肉纤维神经连接的再生未见显著作用;Irisin对免疫细胞的招募浸润以及抗炎症因子的表达具有显著促进效果。

摘要：目的临床上肠道给药存在响应慢、药效差、量难控等问题,严重制约了口服大分子类药物的有效性,亟待寻找突破以上问题的新思路和新方法。本研究以豆荚双稳态弹射结构为灵感,提出一种新型仿豆荚肠道给药系统。方法基于豆荚弹射前后的平坦及手性螺旋荚瓣构型,该肠道给药系统由p H敏感肠溶性外壳、机械锁定水溶性包衣、互为手性的螺旋状温敏形状记忆聚合物及药物微针构成。本研究对形状记忆聚合物转变温度、力学性能进行调控,结合数值仿真模拟形状记忆聚合物弹射药物微针过程,探究形状记忆聚合物合成参数、结构参数与储能模量之间的定量化关系,并通过离体小肠及在体实验对系统的可行性和有效性进行验证。结果在体动物实验验证,系统可实现口服进入体内后,平直的条状温敏形状记忆聚合物产生变形趋势,其形状被包衣锁定,系统应力积累;进入肠道后,外壳及包衣降解,系统应力瞬间释放,两片形状记忆聚合物由条状瞬时变为螺旋状,将负载在其内部的药物微针弹射,刺入肠壁并给药。结论本文提出的仿豆荚肠道给药系统可实现肠道内的快速响应和毫秒级弹射过程,药物微针可有效刺入小肠内皮层并实现大分子药物递送。系统响应快速,给药剂量可控,可用于多种大分子药物口服oou。

摘要：临床上植介入器械对于外科治疗效果提升具有重要意义。比如骨钉由于松动脱出率高导致术后翻修率高,具有负泊松比效应的拉胀微孔结构单元用于骨钉设计可提升抗拔出性能,进而提升其稳定性,但多孔结构设计会影响其疲劳特性及在体使用寿命;特殊结构的支架设计对于性能改进也具有重要作用。本研究针对材料、结构优化开展研究,并基于力学、材料学、生物学测试方法开展体外和动物体内实验验证。创新型植介入器械的植入后性能发现结构设计对于植入后的生物学效应、力学适配性、诱导再生能力等均具有重要影响,比如植入骨钉的骨整合性能、支架进入体内后的内皮化速度、在体的移动性能等。植介入器械的结构设计及方法创新在其临床化过程中至关重要,基于生物力学的结构设计对提升设计效率、增强功能方面具有重要作用,对于临床治疗具有重要指导。