生物电阻抗测量电极的阻抗特性

生物电阻抗测量是一种利用生物组织与器官的电特性及其变化规律提取与人体生理、病理状况相关信息的检测技术,具有无创、无害,廉价、操作简单和功能信息丰富等特点。生物电阻抗测量电极以生物组织的阻抗或阻抗变化为目标,并承受长时间交流信号激励,其交、直流阻抗及其稳定性至关重要,特别是交流阻抗值及其变化十分重要。文章对不同生产厂家的4种一次性银/氯化银心电图电极的交、直流阻抗性能及其变化情况进行观察分析,发现不同电极的交、直流阻抗值及其稳定性相差很大。电极在长时间交流激励后,其正、反向直流电阻值相差很大,提示在交流阻抗测量期间,被测电极的直流电阻性质发生了很大的变化。

基于磁声效应的医学成像方法研究进展

基于磁声效应的电特性成像方法具有无创、高对比度和高空间分辨率等优势,在疾病的早期诊断领域具有应用潜力。介绍了感应式磁声层析成像(MAT-MI)、注入电流式磁声层析成像(MAT-CI)和磁声电层析成像(MAET)3种主要磁声多物理场耦合成像方法的成像原理和应用进展,并对其未来发展前景进行了展望。

工程微生物在不同疾病治疗中的应用进展

人体包含了一个由真核生物、古细菌、细菌和噬菌体等组成的庞大微生物群落。细菌是其中最主要的成员,其数量与人体细胞的数量级相同。许多共生或致病的细菌都会通过生化信号与宿主相互作用。基于这些细菌特性,共生和减毒病原菌已被设计用于递送治疗分子以靶向性治疗特定疾病。介绍了近5年发展的工程微生物或微生物衍生颗粒及其封装、分泌、表达表面治疗分子,综述了其在炎症性肠病及胃病、肿瘤和心血管疾病治疗中的应用进展,并探讨了微生物药物递送系统的临床转化潜力。

温敏性PCL-PEG-PCL水凝胶的合成、表征及蛋白药物释放

考察了温敏性PCL-PEG-PCL水凝胶中聚乙二醇(PEG)及聚己内酯(PCL)不同嵌段组成对其溶胶-凝胶相转变温度以及亲水性药物(牛血清白蛋白,BSA)释放速率的影响.采用开环聚合法,以辛酸亚锡为催化剂、PEG1500/PEG1000为引发剂,与己内酯单体发生开环共聚,合成了一系列具有不同PEG和PCL嵌段长度的PCL-PEG-PCL型三嵌段共聚物.通过核磁共振氢谱及凝胶渗透色谱对其组成、结构及分子量进行了表征.共聚物的溶胶-凝胶相变温度由翻转试管法测定.利用透射电镜、核磁共振氢谱及荧光探针技术证实了该材料在水溶液中胶束的形成.以BSA为模型蛋白药物,制备载药水凝胶,利用microBCA法测定药物在释放介质中的浓度,研究其体外释放行为.实验结果表明,共聚物的溶胶-凝胶相变温度与PCL及PEG嵌段长度紧密相关,即在给定共聚物浓度情况下,固定PEG嵌段长度而增加PCL嵌段长度,会导致相变温度降低;而固定PCL嵌段长度而增加PEG嵌段长度,其相变温度相应升高.水凝胶中蛋白药物的释放速率与疏水的PCL嵌段长度无关,而与亲水的PEG嵌段长度密切相关,即PEG嵌段越长,蛋白药物释放越快.

自适应噪声减法器用于提高体感诱发电位信噪比

目的利用自适应方法实现从强噪声背景中快速提取体感诱发电位信号。方法采用最小均方误差算法对自适应噪声减法器进行设计，以15例接受脊柱外科手术的病人为对象，将600次刺激响应的SEP做叠加平均得到的信号作为标准的SEP模板，用脑电图（EEG）加白噪声来模拟临床中干扰SEP的噪声。通过仿真实验检验自适应噪声减法器提取SEP信号的性能。结果自适应噪声减法器可以将信噪比提高25dB左右：自适应噪声减法器提取出的SEP信号与SEP模板信号间潜伏期和峰峰幅值的百分比误差均分别小于1％和6％。结论运用白适应噪声减法器可以实现从强噪声背景中快速提取SEP，在提高检测信号信噪比的同时。更快地识别SEP的潜伏期及幅值。

模型动物失神经支配及神经肌肉电刺激的可编程植入式神经肌肉电刺激器

背景:植入式神经肌肉电刺激器可用于研究功能性电刺激对动物失神经肌肉的作用机制,但体积偏大,功能单一。目的:设计一种微型、参数可调的植入式神经肌肉电刺激器。方法:基于红外通信技术,以MSP430为控制核心,采用低功耗设计,经体外控制器设置参数,产生电荷平衡的双相脉冲序列,可对神经或肌肉进行电刺激。结果与结论:实验设计的刺激器可在体编程,能够灵活设置刺激电压幅值、频率、脉宽和间隔时间等参数。多参数的设置丰富了刺激协议选择性,可最小化对目标神经肌肉临近组织的不可预测刺激,优化了功耗设计,可确保实验动物的安全性。

海藻酸盐水凝胶治疗心肌梗死的研究进展

心肌梗死给人类健康带来严重威胁,可注射水凝胶可为梗死心肌区域提供机械支撑,还可负载药物、生物活性因子或细胞等,改善梗死微环境,诱导心肌组织再生,在治疗心肌梗死方面具有独特优势。海藻酸盐水凝胶以其类细胞外基质特性、易修饰和生物组织相容性良好等特点被广泛研究。主要综述了近年来处于实验室研究阶段的复合水凝胶海藻酸盐水凝胶和生物活性海藻酸盐水凝胶以及临床研究阶段海藻酸盐水凝胶Algisyl-LVRTM、IK-5001、TCMR和Merike TM在心肌梗死治疗中的应用。

防术后粘连生物膜材料研究进展

术后粘连是外科手术后在伤口恢复过程中由于过度炎症和纤维蛋白沉积常易发生的一种现象,可导致内脏器官或组织黏附在一起,进而影响脏器功能,甚至产生术后并发症。以物理屏障方式预防术后粘连发生的生物膜材料是目前应对术后粘连的最佳策略。因此,综述了以天然高分子材料和合成高分子材料为原料所制备的防术后粘连生物膜材料,以及纳米微粒薄膜和载药生物膜2种新型防术后粘连生物膜材料,以期为未来防术后粘连生物膜材料的研制提供参考。

血红蛋白稳定的铂基聚吡咯纳米颗粒及其光热抗肿瘤研究

光热治疗是利用近红外激光特异性激活蓄积在病灶部位的光热剂,从而达到热消融癌细胞的一种新型肿瘤治疗手段。然而,光热材料在体内代谢周期长、清除难,这成为阻碍其临床转化的主要障碍之一。本研究利用血红蛋白作为新型稳定剂、六氯铂酸作为新型氧化剂、吡咯作为单体,通过氧化聚合一步法,制得血红蛋白稳定的铂基聚吡咯纳米颗粒(Hb@PtP)并对其形貌结构等理化性质进行详细考察。在聚乙二醇修饰后,获得的Hb@PtPP粒径为99.08±8.3 nm,zeta电位为−18.7±1.2 mV,透射电镜显示Hb@PtPP纳米颗粒为不规则球形且分散均匀。在不同功率密度的808 nm激光照射下,Hb@PtPP呈现出功率密度依赖性升温行为,CCK-8和死活染色实验证实其能有效地发挥光热效应杀伤肿瘤细胞。小动物活体成像结果表明Hb@PtPP具有较好的肿瘤靶向和滞留能力,在激光激发下,实现了小鼠肿瘤生长的抑制和消融。研究涉及的所有动物实验均按照中国医学科学院机构动物护理与使用委员会中国医学科学院、北京协和医学院放射医学研究所批准的方案执行[IRM/2-IACUC-2312-005]。

红细胞和血小板作为载体用于抗肿瘤药物递送的研究进展

红细胞和血小板在血液中广泛存在,易于从血液中分离,且性质相对稳定,是一种理想的药物递送载体。近年来,大量研究利用红细胞和血小板递送抗肿瘤药物以实现高效的药物递送,其在优化药物体内行为、增加疗效以及减少给药剂量方面表现出了优异的效果。此外,其细胞膜可用作包膜材料以改善纳米药物递送系统的性质,实现仿生功能的同时减少纳米粒的毒副作用。介绍了红细胞和血小板及其膜材料的特性和制备方法,以及其在抗肿瘤药物递送中的研究进展。

经颅磁刺激诱发脑电图伪迹去除方法的研究进展

经颅磁刺激(TMS)结合脑电图(EEG)是一种非侵入性研究脑皮质兴奋性和连通性的技术,已在基础研究和临床疾病诊疗中得到了应用。然而,由于TMS脉冲输出诱导的生物和非生物性质的伪迹,TMS-EEG的适用性受到了限制。为了解决这个问题,在过去10年中,研究者从在线实验设计和离线数据后处理2个方面开展研究,开发了多种TMS-EEG伪迹去除方法,取得了很多有价值的成果。主要介绍了目前可用的TMS-EEG伪迹去除方法,为促进TMS-EEG在基础研究和临床疾病诊疗中的应用提供帮助。

新型光敏剂化合物LD4光动力疗法对溃疡性结肠炎大鼠的治疗作用研究

目的研究新型光敏剂光动力疗法(PDT)对大肠杆菌Escherichia coli诱导的溃疡性结肠炎(UC)模型大鼠的治疗作用。方法每只大鼠灌胃1 ml的1×109个肠侵袭性E.coli建立UC模型。36只Sprague Dawley大鼠随机分为对照组、模型组、新型光敏剂光动力疗法(LD 4-PDT)低、中、高(60、120、240μg/kg)剂量组及左氧氟沙星组(100 mg/kg),每组6只。除对照组一次灌胃0.9%氯化钠注射液外,其余各组建立UC模型。将给予大鼠E.coli的第1天记录为第0天,第7天开始治疗,LD 4灌肠给药,左氧氟沙星灌胃给药,每隔1天灌肠/灌胃1次,共4次。每次给药30 min后,结肠以25 J/cm 2的能量密度接受650 nm激光器PDT系统照射,LEV组不接受照射。比较各组大鼠体质量、结肠长度、肠道病理组织、炎症因子白细胞介素-6(IL-6)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、丙二醛(MDA)和氧化应激因子髓过氧物酶(MPO)、谷胱甘肽(GSH)和超氧化物歧化酶(SOD)的水平。结果模型组的体质量和结肠长度均低于对照组;LD 4-PDT低、中、高剂量组和左氧氟沙星组的体质量和结肠长度均高于模型组。与对照组相比,模型组多见上皮细胞丢失、多发溃疡、炎症细胞浸润黏膜及黏膜下层、杯状细胞减少;与模型组相比,LD 4-PDT低、中、高剂量组和左氧氟沙星组大鼠结肠组织表面黏膜恢复,杯状细胞增多,溃疡愈合良好。与对照组相比,模型组TNF-α、IL-6和MPO炎症因子水平均升高(均P<0.001);与模型组相比,LD 4-PDT低、中、高剂量组和左氧氟沙星组结肠组织中TNF-α、IL-6和MPO炎症因子水平降低(P<0.05、P<0.001)。与对照组相比,模型组血清中MDA水平升高,GSH和SOD水平降低;与模型组相比,LD 4-PDT低、中、高剂量组MDA水平降低(P<0.05、P<0.001),GSH和SOD水平升高。结论LD 4-PDT可以促进结肠黏膜的愈合,减轻炎症反应,调节氧化应激,从而改善UC症状。

CD47纳米药物联合αPD-L1的抗肿瘤免疫治疗研究

目的研究CD47纳米药物联合抗程序性死亡-配体1单抗(αPD-L1)的抗肿瘤免疫治疗效果。方法采用BALB/c小鼠构建4T1乳腺癌荷瘤小鼠肿瘤模型,将CD47纳米药物与αPD-L1联用,考察联合治疗对4T1乳腺癌荷瘤小鼠局部肿瘤复发肿瘤的生长体积、生存时间以及肺转移的影响,并评价其诱导的体内免疫记忆效应,包括小鼠血清中细胞因子及小鼠脾脏中效应记忆T细胞表达。结果CD47纳米药物与αPD-L1联合治疗,可以有效抑制荷瘤小鼠局部肿瘤的复发,显著延长荷瘤小鼠生存时间(P<0.001)。同αPD-L1组相比,CD47纳米药物与αPD-L1联合治疗能明显提高小鼠血清中细胞因子肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和干扰素-γ(IFN-γ)表达(均P<0.05),并明显增加小鼠脾脏中效应记忆T细胞的表达(P<0.001)。此外,4T1-Luc乳腺肿瘤荷瘤小鼠肺转移模型实验结果表明,CD47纳米药物与αPD-L1联合治疗可有效抑制肿瘤肺转移。结论CD47纳米药物与αPD-L1联用可通过肿瘤杀伤、CD47免疫检查点阻断和αPD-L1免疫检查点阻断的协同作用,进一步增强免疫检查点阻断的抗肿瘤免疫治疗效果。

用于小干扰RNA递送的基于超分子主客体化学组装的聚集诱导发光囊泡材料的构建及其对肿瘤细胞毒性的研究

目的:构建一种基于超分子主客体化学组装的聚集诱导发光囊泡材料(AIE-HG-Vesicle)用于递送小干扰RNA(siRNA)及实现荧光成像功能,并探究其被肿瘤细胞摄取的效果及其基于siRNA对肿瘤细胞的杀伤效果。方法:通过合成聚乙烯亚胺树型分子修饰的β-环糊精(H-β-CD-dendrimer)作为主体化合物,同时合成含有四苯乙烯AIE基团的Bola型金刚烷(G-Ada-AIE)作为客体化合物,通过超分子主客体自组装过程制备得到AIE-HG-Vesicle囊泡材料用于负载siRNA。通过透射电子显微镜及动态光散射仪测试其形貌和尺寸,通过荧光分光光度计测试其聚集诱导发光性质,通过凝胶阻滞实验测试其对siRNA的负载效果,通过激光共聚焦显微镜测试负载siRNA的AIE-HG-Vesicle囊泡材料在肿瘤细胞内的递送效果,并通过MTT实验测试负载siRNA的AIE-HG-Vesicle囊泡材料对肿瘤细胞的杀伤效果。结果:AIE-HG-Vesicle具有囊泡状形态,直径约为100 nm,壁厚约为9 nm,且表面带正电荷可有效负载siRNA。负载于AIE-HG-Vesicle的siRNA表现出良好的稳定性,且负载siRNA后的AIE-HG-Vesicle可将siRNA递送到HeLa细胞内部,并可通过聚集诱导发光现象被观测到,负载siRNA后的囊泡对HeLa细胞有明显的杀伤效果。结论:构建了AIE-HG-Vesicle可用于递送siRNA,该材料具有荧光成像和基于siRNA的肿瘤细胞毒性作用,后期有望应用于肿瘤体内治疗。

键合光敏剂的铂基聚吡咯用于氧气增强的光动力治疗

光动力治疗是一种具有临床前景的新兴癌症治疗方法,可以特异地在肿瘤部位发挥作用并且对人体的伤害较小,但是疏水性光敏剂小分子的毒性、肿瘤的乏氧微环境及纳米载药系统的生物降解性等影响了其抗肿瘤疗效和体内代谢清除。本文利用六氯铂酸作为新型氧化剂成功引发吡咯/氨基吡咯的氧化聚合,实现了其表面氨基功能化;进一步通过还原剂硼氢化钠还原纳米结构中铂酸阴离子为铂纳米簇,制得铂纳米簇掺杂的聚吡咯纳米粒子(platinumnanocluster-dopedpolypyrrolenanoparticles,PtPPy);最后通过酰胺键偶连光敏剂四(4-羧基苯基)卟吩[meso-tetra(4-carboxyphenyl)porphine,TCPP],获得递送TCPP的功能性纳米药物(PtPPy@T)。该纳米药物为球型结构,形态均匀,粒径为91.93±13.45 nm,zeta电位为-18.39±1.4 mV。实验证明,PtPPy@T可与肿瘤过表达的过氧化氢发生反应,产生大量的氧气,改善肿瘤乏氧微环境,同时为随后的光动力治疗提供充足的反应基板;使用658 nm激光照射肿瘤组织,激活PtPPy@T的光动力效应,催化氧气转化为单线态氧,从而引发肿瘤细胞的氧化损伤并诱导其凋亡;实验研究表明该PtPPy@T纳米药物在体内和体外都有较好的肿瘤抑制效果。所有动物实验均经中国医学科学院、北京协和医学院放射医学研究所机构动物护理和使用委员会批准(IRM/2-IACUC-2312-006)。

医工结合的医疗器械创新发展思考

生物医学工程是一门交叉学科,主要研究生命科学、机械工程、电子工程和人工智能等方面的基本知识和技能,包括生物材料、人工器官、生物医学信号处理方法、医学成像和图像处理方法、机械工程设计等。生物医学工程是医疗器械产品设计、制造以及医疗器械产业发展的基础学科。

心肌补片的制备及其在心肌梗死治疗中的应用进展

由心肌缺血引起的心肌梗死会导致心肌细胞的丧失,随后梗死区被瘢痕组织代替,最后导致心力衰竭,但其治疗方法十分有限。目前,心肌补片是治疗心肌梗死的一种十分有前景的策略。其设计是根据工程学原理,将具有一定功能的种子细胞或生物活性物质与适宜的支架材料复合,构建出可用于移植、修复或替代自体心肌的生物材料。心肌补片的生物材料支架通常通过脱细胞基质、静电纺丝技术、3D生物打印、水凝胶、细胞补片等方法制备。主要对心肌补片的制备方法及其在心肌梗死中的应用进展进行综述。

水凝胶的制备及其在细胞治疗方面的应用进展

水凝胶是一种亲水的三维网络结构,其吸水溶胀后质地柔软,具有良好的生物降解性和生物相容性,与生物体组织相似,因此在生物医学领域有着广泛的应用。根据交联机制的不同,分类介绍了物理水凝胶和化学水凝胶的制备方法,并对水凝胶在细胞治疗方面的应用进展进行综述。