中国博士后基金申请书范例(清华大学-2)

1 原 件 复印件 中中国国博博士士后后科科学学基基金金 资资助助金金申申请请表表 申申请请人人姓姓名名徐铭恩 编号编号 33151 设站单位设站单位清华大学机械系 流流动动站站名名称称 一一级级学学科科 材料科学与工程 进站日期进站日期 2005 年年 10 月月 14 日日 通讯地址通讯地址清华大学西主楼 生物制造工程研究所 邮政编码邮政编码 电话电话 20062006 年年 1010 月月 1818 日填表日填表 投送一级学科 生物医学工程 二 级 学科 2 申申 请请 须须 知知 1 申请者必须认真阅读现时执行的 中国博士后基金资助条例 并按该 条例有关规定进行申请 2 申请者打字填写 如不具备打字条件时 请用钢笔或圆珠笔正楷书写 不要用铅笔填写 本表 1 1 至 6 6 页 并由两位推荐人在 7 7 和 8 8 页分别填写 推荐意见 报所在设站单位 含经批准招收博士后的非设站单位 下同 经设站单位在 9 9 页填写审核意见后再用 B5B5 复印纸进行复制 3 每位申请者需向中国博士后科学基金会交纳评审资料费 100100 元人民币 未交纳者 不予受理 4 各设站单位于每年三月十日至三月三十一日或九月十日至九月十五日期 间将本单位所有申请者的 申请表 一式七份 必含原件 和评审资 料费集中汇至中国博士后科学基金会 5 本表封面上的 原件 和 复印件 系指本份材料是原件或复印件 请 在相应的方框内打 编号 系指申请进站时 全国博士后管委 会办公室或有关省 市对博士后研究人员的统一编号 投送学科 系 指申请资助项目所属的学科领域 若是交叉学科或跨学科 则应填写所 涉及的主要学科名称 学科须按国务院学位委员会公布的标准名称填写 6 填表必须实事求是 认真翔实 不得虚报或留空 有的栏目如无内容可 填 请写上 无 未 等字 5 若填写不下 可另附纸 1 姓姓 名名徐铭恩性性 别别男出生年月出生年月1976 年 11 月民民 族族汉 博士后日常经博士后日常经 费来源费来源 国家资助国家资助 单位自筹单位自筹 企业提供 企业博士后 企业提供 企业博士后 来自重大科研项目经费 项目博士后 来自重大科研项目经费 项目博士后 学学 位位获得年月获得年月攻读学位单位攻读学位单位学位论文题目学位论文题目导导 师师 学学 学学 士士 1999 年 7 月浙江大学 达那唑滴丸药代动力学和生物 利用度研究 申屠建中 副教授 位位 情情 硕硕 士士 浙江大学 硕博连读 况况 博博 士士 2005 年 6 月浙江大学 型糖尿病 代谢综合症药物筛 选和机制研究 郑筱祥 教授 起止年月起止年月单单 位位研研 究究 工工 作作职职 务务 主主 2001 2002 浙江大学 生物医学工程系 非线性神经信息学在嗅觉机理研究 中的应用 博士生 要要 研研 2002 2003 浙江大学 生物医学工程系 生物医学工程技术在中药开发中的 应用 博士生 究究 工工 2002 2003 浙江大学 生物医学工程系 一氧化氮表达的细胞三维图像的可 视化和定量分析 博士生 作作 经经 2003 2004 浙江大学 生物医学工程系 基于生物医学工程技术的代谢综合 症药物筛选和评价体系研究 博士生 历历 2004 2005 浙江大学 生物医学工程系 印度尼西亚天然药物的高内涵筛选 评价 博士生 2 2005 至今 清华大学 生物制造研究所 脂肪干细胞三维受控组装和分化机 制研究 博士后 3 主要研究成果 已发表在国内外核心学术刊物上的论文题目 全部作者署名主要研究成果 已发表在国内外核心学术刊物上的论文题目 全部作者署名 顺序 发表时间 刊登论文的刊物名称以及被顺序 发表时间 刊登论文的刊物名称以及被 SCI EI ISR SSCI 收录 收录 引用的情况 获得专利的名称 内容和号码 有何发明创造 技术革新 工引用的情况 获得专利的名称 内容和号码 有何发明创造 技术革新 工 艺设计和过程等 请务必具体说明以上成果的科学价值 应用前景 经济效艺设计和过程等 请务必具体说明以上成果的科学价值 应用前景 经济效 益 社会效益以及本人在这些成果中的主要贡献及所获得奖励的名称 等级益 社会效益以及本人在这些成果中的主要贡献及所获得奖励的名称 等级 和获奖人的排名顺序 和获奖人的排名顺序 一 发表的相关论文 略 二 曾经负责和参加过的主要科研项目 略 三 所获奖励所获奖励 略 四 以上成果的科学价值 应用前景 经济效益 社会效益以及本人在这些成果 中的主要贡献 略 4 申申 请请 资资 助助 项项 目目 情情 况况 名名中文中文基于细胞组装技术的高内涵药物筛选理论和方法研究基于细胞组装技术的高内涵药物筛选理论和方法研究 称称英文英文 研究类别研究类别 基础研究基础研究 应用基础应用基础 技术开发技术开发 国家重点项目国家重点项目 省市或部门重大项目省市或部门重大项目 自选项目自选项目 项目来源项目来源 863863 高技术研究项目高技术研究项目 国家自然科学基金项目国家自然科学基金项目 其它项目其它项目 研究经费研究经费 来来 源源 及及 数数 额额 博士后日常经费 0 5 万元 5 项目的具体内容 预期目标及国内外在这方面研究的现状 项目的具体内容 预期目标及国内外在这方面研究的现状 一一 研研究究内内容容 研究将组织工程中的细胞组装技术 应用于高内涵药物筛选的理论和方法 以面向 解决代谢综合症的药物高内涵筛选方法为具体目标 主要研究多细胞三维组装 脂肪干 细胞培养 功能控制 生物定量检测 高内涵药物筛选应用方案等研究内容 具体如下 1 细胞 材料三维受控组装工艺和设备优化 研究满足机械成型 细胞结构和功能要 求的 生物材料和 组装结构 2 研究细胞 材料三维受控组装过程中不同细胞数量 位置 功能控制的理论和方法 3 以面向代谢综合症的高内涵药物筛选技术为具体目标 研究能量代谢系统的网 络结构 调控主轴等基础理论 选择和培养构建筛选体系的细胞 脂肪干细胞 4 研究三维多细胞体中和代谢紊乱有关的生理生化信息 细胞结构和功能的完整性 给出适用于高内涵筛选的无损 实时 定量检测技术和信息处理方法 5 应用多细胞系统对代谢综合症病理建模 针对高内涵筛选技术给出标准化的应用方 案 总结和推广 基于细胞组装技术的高内涵药物筛选的一系列理论和方法 二二 研研究究目目标标 立足于利用组织工程学的理论和方法 进行高内涵药物筛选技术研究 从而为组织工 程开辟新的研究和应用领域 解决药物研发领域的困境 主要研究基于细胞组装技术的 高内涵药物筛选理论和方法 重点在以下几个方向上有关键的突破和创新 1 三维多细胞系统组装技术和功能控制 给出优化的细胞组装工艺和多细胞系统功能 控制的理论和方法 2 建立适用于高内涵筛选技术的 对三维多细胞微系统生理生化信息无损 实时和 定量的检测技术和数据处理方法 3 给出标准可行的高内涵筛选平台应用方案 总结基于细胞组装技术的高内涵药物 筛选技术的一系列理论和方法 通过本项研究 在国内外核心学术刊物及重要学术会议上发表3 4 篇 SCI 收录的论 文 申请 1 项发明专利 协助合作导师培养1 名博士研究生和 1 名硕士研究生 三三 国国内内外外研研究究现现状状及及分分析析 一一 组组织织工工程程学学发发展展现现状状 组织工程学经过多年发展 积累了许多理论和技术 其中最先进的技术之一 便 11 是以活细胞为材料的制造技术 如 MIT 的 Griffith LG 等人开发的细胞 3D 打印技术 以细胞为组装材料 打印出有活性的三维多细胞系统 2 明尼苏达大学的 Odde DJ 和 密歇根理工大学的 Renn MJ 开发的使用激光引导直写堆积细胞技术 3 哈佛 Holmlin RE 等利用光镊技术 使用三个激光束控制细胞 进行了细胞间组装 4 德雷珀实验室 Borenstein J 和 MIT 的 Vacanti JP 等 利用芯片制造工艺 制造出微血管系统 5 然而 由于器官结构的精细和复杂性 这些技术面对制造肝 肾 心脏等复杂器官还有 很多问题亟待解决 国内外学者在 05 年清华召开的国际会议上普遍认为 要做出可移 植的器官任重道远 乐观估计至少还需要10 20 年 6 与此同时 一些研究者 近年来利用组织工程技术制造的三维多细胞体开展研究 取 得显著成果 比如普林斯顿大学的Basu S 等人 利用人造三维多细胞体 研究了发育 生物学的焦点问题 模式建成 pattern formation 7 Hotary KB 等利用三维多细 胞体 发现 MT1 MMP 通过改变细胞空间几何形状 影响肿瘤细胞在3D 基质中的增殖 8 Basu S 指出 构造和研究三维多细胞体 可以提高对生物发育和生理功能的了解 可应用于生物材料 生物感测研究中 这些研究成果给我们一个启示 现现有有的的组组织织工工 程程技技术术在在生生命命科科学学其其它它领领域域 包包括括药药物物研研发发领领域域中中有有重重要要的的研研究究和和应应用用价价值值 种子细胞是组织工程研究的另一要素 干细胞被认为是最好的种子细胞来源 如胚 胎干细胞 embryonic stem cells ES McCloskey KE 等最近利用 ES 细胞分化的内 皮细胞 在体外构建组织工程血管 9 然而 ES 细胞的应用目前存在许 多问题 ES 细胞自体获取困难 不易保存 并具有一定的成瘤性 Chakravarti A 等研究了 9 种 人类 ES 细胞系 其中 8 种在分裂数十代后出现与癌变有关的基因突变 10 间充质干 细胞 mesenchymal stem cells MSCs 也是种子细胞的重要来源 其中脂肪干细胞是 当前的研究热点 脂肪干细胞最早由UCLA 的 Zuk PA 等人 11 从人抽脂术中抽取的脂 肪组织中分离培养 并证实为多能干细胞 能向脂肪细胞 成骨细胞 肌肉细胞等定向分 化 同其他干细胞相比 脂肪干细胞具有自体取材 来源丰富 抽取方便 损伤小 增殖 快速等优点 因此 脂肪干细胞是优秀的自体组织工程种子细胞 本研究拟采用脂肪干 细胞作为主要种子细胞 在国内组织工程研究领域 申请者所在清华大学生物制造工程研究所 颜永年基于快 速成型 RP 原理 开发了组织工程支架三维制造技术 细胞三维受控组装技术 12 如图 1 可以将细胞 材料混合组装出带有规则通道 保证培养液流通的三维微结构 体 军事医学科学院 王常勇在生物反应器内初步构建了组织工程化心肌组织 赵春华等 将脂肪干细胞诱导分化为内皮细胞 13 973 组织工程学重要基础科学问题研究 项 目首席科学家曹谊林的团队 最近应用组织工程学技术修复了高等动物的颅骨 12 A 细胞三维组装机结构 B 多喷头细胞三维组装机 C 细胞 材料三维组装体 D 肝细胞 材料三维组装体显微结构 图图 1 基基于于 RP 离离散散堆堆积积原原理理细细胞胞组组装装机机和和组组装装出出的的细细胞胞 材材料料三三维维组组装装体体 软骨 肌腱等组织缺损 第二军医大学的 徐燕丰等人 用 HaCaT 细胞构建的组织工程 皮肤 研究了酮洛芬及其异丙酯的经皮渗透作用 14 总的来说 我国的组织工程学研 究在一些领域已处于国际领先水平 但面对复杂器官制造同样任重道远 在药物研究领 域的应用则只有初步的尝试 综上 虽然器官的制造还有较长路要走 但以组织工程学现有技术 特别是先进的细 胞组装技术 已经可以构建由细胞 材料组成的微系统 并保证系统内物质交换 细胞 代谢 乃至信号传导 如果选择合适的切入点 甚至可以完成某些生理功能 构建和研究 这样的微系统 不但可以促进组织工程学的发展 对生命科学的其他研究领域都有重要意 义 特别是对药物研发领域有重要的理论和应用价值 二二 药药物物研研发发领领域域的的现现状状 13 在药物研发领域 90 年代以来 基于分子和细胞水平信息检测的高通量筛选技术 High Throughput Screening HTS 成为新药开发的主要手段 但由于整体是由多种 细胞在三维空间有序排列 不同细胞间进行信号传导 调控的复杂体系 与HTS 技术 的基础 体外研究单个 药物靶标 细胞二维培养 细胞 结构和功能不完整 是完全不同 的 这种差异对细胞造成显著影响 如Kang X 发现相比二维培养 脂肪细胞在三维培 养环境中 其形态 增殖 分化 基因表达 代谢等生理功能存在明显差异 15 正 是这种差异 造成了目前困扰全球药物研发机构的问题 HTS 快速筛选出 药物先导物 但其中绝大多数在整体实验中没有药理活性 HTS 迫切需要发展为高成功率的高内涵筛 选 High Content Screening HCS 已成为药物研究领域的共识 16 HCS的前提是保持细胞结构和功能完整性和同步检测样品对细胞多个生理生化参 数的影响 但 目前在保持细胞结构和功能完整性的前提上没有大的进展 为模拟细 胞真实的体内环境 已有研究者利用简单的三维多细胞体进行药物研究 如Liana Adam 用细胞囊这样的三维多细胞体 进行肿瘤药物研究 17 Riccalton Banks L 18 和 Griffith LG 19 分别用不同方法体构建了肝细胞三维多细胞系统 用于研 究药物代谢和毒性 其中 Riccalton Banks L 将细胞培养在生物降解性基质上 形成三 维多细胞体 再现了肝脏的生理功能 并维持了2 个月 这些研究促使我们提出利用细 胞三维组装技术构建含多种细胞的微系统模型 进行HCS 研究 在这一构想下 选择一 个合适的研究切入点显得尤为重要 而代谢综合症就是本研究选择的切入点 代谢综合症 Metabolic syndrome MS 是 21 世纪威胁人类健康最主要的疾病 它 包括以下一些能量代谢系统紊乱引起的疾病 肥胖 糖尿病 高血脂 高血压等 20 由于代谢系统的网络和系统性 现有筛选技术更难以满足面向代谢综合症的药物筛选要求 能量代谢系统主要由多群不同功能的细胞构成 通过内分泌等细胞通讯手段 组成调控机 体能量代谢的复杂网络系统 该系统对空间结构有要求 但又不非常复杂 以现有的细胞 组装技术可以部分仿真这样的生理系统功能 调控能量代谢系统的主轴是脂肪细胞和胰岛 细胞 其中脂肪细胞的作用是研究的热点 从发现脂肪细胞分泌瘦素 leptin 21 到脂肪激素脂联素 adiponectin 22 抵抗素 Resistin 23 等的发现 十 年来的研究显示 脂肪细胞表达分泌近百种蛋白 其中多数可以对体内能量代谢进行调节 这一发现 揭示了脂肪细胞在调控机体的能量代谢中的重要作用 为我们提供了构建多细 胞系统进行代谢综合症药物筛选的理论基础 在国内 由于资金有限 药物研发高成本和高风险带来的影响更为严重 同时 04 年来罗氏 诺华 默克等大型跨国公司相继进入中国的药物研发领域 抢夺中国宝贵 的中药资源 中国迫切需要开发低成本高效率的药物研发技术 为此 04 年底国家新 药筛选中心启动建设我国首个 HCS 技术平台 24 陈竺院士 陈凯先院士和筛选中 14 心主任王明伟在启动仪式上 同时指出在我国发展HCS 技术的重要性 而李健斋 04 年的普查发现 代谢综合症在北京中老年人群中的发病率大于20 25 使我国面 向代谢综合症的药物研发更加迫切 浙江大学郑筱祥教授 也强调筛选体系对细胞结 构功能保持的重要性 申请者曾在其指导下 首次论证并建立了 利用计算机图象处 理系统定量分析脂肪干细胞分化过程 筛选代谢综合症药物的系统 以较高的效率从 中药中筛选出有效成分 26 并对它们的作用机制进行了系统研究 27 28 通过以上分析可见 尽管组织工程 要造出可移植器官还任重道远 但组织工程学的 先进技术可以应用于其他研究领域取得成果 在药物研发领域 由于 药物高通量筛选 技术具有低成功率的缺陷 高通量筛选迫切需要发展为高内涵 而目前高内涵筛选在 保持细胞结构和功能完整性上没有较大进展 而以组织工程学的细胞组装技术 完全 可以构建由细胞 材料组成的微系统 并保证三维系统内物质交换 细胞代谢 信号传导 等生理活动 从而保证系统内细胞结构和功能完整 同时 对于 21 世纪威胁人类健 康的主要疾病代谢综合症 由于代谢的网络性和系统性 现有筛选技术更难以满足其药物 研发的需求 而能量代谢系统组成 复杂度和的特性 适合于用现有的细胞组装技术来构 建仿真 是研究良好的切入点 由此 结合我们多年组织工程及药物研发的理论和应用 研究基础 我们提出 以代谢综合症药物筛选为具体切入点 研究基于细胞组装技术 的高内涵药物筛选的一系列 理论和方法 就我们所掌握的资料来看 目前国内外尚无他 人提出类似的研究思路 本研究在国际上属领先 从理论上和应用上 尤其是思路和方 法上都有一定的指导意义 本项目有重要的理论价值和广泛的应用前景 参参考考文文献献 1 Committee on Visionary Manufacturing Challenges Board on Manufacturing and Engineering Design Commission on Engineering and Technical Systems National Research Council Visionary Manufacturing Challenges for 2020 National Academy Press Washington D C 1998 P35 6 2 Griffith LG Swartz MA Capturing complex 3D tissue physiology in vitro Nat Rev Mol Cell Biol 2006 7 3 211 24 3 Odde DJ Renn MJ Laser guided direct writing of living cells Biotechnol Bioeng 2000 67 3 312 8 4 Holmlin RE Schiavoni M Chen CY et al Three Dimensional Structures by Using Optical Tweezers Angew Chem Int Ed Engl 2000 39 19 3503 6 5 Fidkowski C Kaazempur Mofrad MR Borenstein J et al Endothelialized microvasculature based on a biodegradable elastomer Tissue Eng 2005 11 1 2 302 9 6 International Workshop for Biomanufacturing June 29 July 1 2005 Tsinghua University Beijing China 7 Basu S Gerchman Y Collins CH et al A synthetic multicellular system for programmed pattern formation Nature 2005 28 434 7037 1130 4 8 Hotary KB Allen ED Brooks PC et al Membrane type I matrix metalloproteinase usurps tumor growth control imposed by the three dimensional extracellular matrix Cell 2003 114 1 33 45 15 9 McCloskey KE Gilroy ME Nerem RM Use of embryonic stem cell derived endothelial cells as a cell source to generate vessel structures in vitro Tissue Eng 2005 11 3 4 497 505 10 Maitra A Arking DE Shivapurkar N et al Genomic alterations in cultured human embryonic stem cells Nature Genetics 2005 37 10 1099 103 11 Zuk PA Zhu M Mizuno H Huang J et al Multilineage cells from human adipose tissue implications for cell based therapies Tissue Eng 2001 7 2 211 28 12 Yan Y Wang X Pan Y et al Fabrication of viable tissue engineered constructs with 3D cell assembly technique Biomaterials 2005 26 29 5864 71 13 Cao Y Sun Z Liao L et al Human adipose tissue derived stem cells differentiate into endothelial cells in vitro and improve postnatal neovascularization in vivo Biochem Biophys Res Commun 2005 332 2 370 9 14 徐燕丰 胡晋红 朱全刚等 酮洛芬及其异丙酯对 HaCaT 细胞构建的组织工程皮肤的 渗透作用 药学学报 2005 40 9 782 786 15 Kang X Xie Y Kniss DA Adipose tissue model using three dimensional cultivation of preadipocytes seeded onto fibrous polymer scaffolds Tissue Eng 2005 11 3 4 458 68 16 Bleicher KH Bohm HJ Muller K et al Hit and lead generation beyond high throughput screening Nat Rev Drug Discov 2003 2 5 369 78 17 Adam L Mazumdar A Sharma T et al A three dimensional and temporo spatial model to study invasiveness of cancer cells by heregulin and prostaglandin E2 Cancer Res 2001 61 1 81 7 18 Riccalton Banks L Liew C Bhandari R et al Long term culture of functional liver tissue three dimensional coculture of primary hepatocytes and stellate cells Tissue Eng 2003 9 3 401 10 19 Sivaraman A Leach JK Townsend S et al A microscale in vitro physiological model of the liver predictive screens for drug metabolism and enzyme induction Curr Drug Metab 2005 6 6 569 91 20 Turek FW Joshu C Kohsaka A et al Obesity and metabolic syndrome in circadian Clock mutant mice Science 2005 308 5724 1043 5 21 Muller G Ertl J Gerl M et al Leptin impairs metabolic actions of insulin in isolated rat adipocytes J Biol Chem 1997 272 16 10585 93 22 Yamauchi T Kamon J Minokoshi Y et al Adiponectin stimulates glucose utilization and fatty acid oxidation by activating AMP activated protein kinase Nat Med 2002 8 1288 95 23 Steppan CM Bailey ST Bhat S et al The hormone resistin links obesity to diabetes Nature 2001 409 6818 307 12 24 25 李健斋 王抒 曾平 北京市职业人群代谢综合症患病率调查 基础医学与临床 2004 24 2 217 21 26 Xu ME Xiao SZ Sun YH et al A Preadipocyte Differentiation Assay as a Method for Screening Potential Anti Type II Diabetes Drugs from herbal Extracts Planta Med 2006 Jan 72 1 14 9 27 Xu ME Xiao SZ Sun YH et al The study of anti metabolic syndrome effect of puerarin in vitro Life Sci 2005 77 25 3183 96 28 Xu ME Xiao SZ Sun YH et al Effects of astragaloside IV on pathogenesis of metabolic syndrome in vitro Acta Pharmacol Sin 2006 27 2 229 36 16 项目的科学意义 学术价值 应用前景 解决什么前人尚未解决的问题并务项目的科学意义 学术价值 应用前景 解决什么前人尚未解决的问题并务 必说明本人的创新之处及主要特色 必说明本人的创新之处及主要特色 一 项目的科学意义 学术价值 应用前景一 项目的科学意义 学术价值 应用前景 生生命命科科学学 信信息息科科学学与与制制造造科科学学相相结结合合 是是二二十十一一世世纪纪科科技技发发展展的的重重要要趋趋势势 本 课题紧跟学科发展趋势 面向解决药物研发领域的问题 进行基于细胞组装技术的高内涵 药物筛选理论和方法研究 本本课课题题对对组组织织工工程程学学发发展展具具有有重重要要意意义义 利用细胞组装技术组装用于药物高内涵筛 选的微生理系统 是重要创新 将为组织工程研究和应用开辟新方向 为复杂器官制造和 将来系统 整体的制造积累理论和技术 本本课课题题在在药药物物研研究究领领域域有有广广泛泛的的应应用用前前景景 将使体外药物试验更系统 准确接近体 内实验 降低药物开发成本和风险 推动21 世纪威胁人类健康的主要疾病 代谢综合症 的机制和药物研究 对促进我国中药现代化有特别意义 二 二 解决什么前人尚未解决的问题 创新及主要特色 本项目的特色在于多学科多领域交叉 以代谢综合症药物筛选为具体切入点 研究 基于细胞组装技术的高内涵药物筛选 理论和方法 解决目前高通量筛选中 保持细胞结 构和功能完整性这一 尚未解决的问题 此外也解决了细胞组装技术 研究和应用开辟新 方向的问题 从理论上和应用 是思路和方法上都有一定的指导意义 创新之处总结为以下几点 1 1 立立题题上上的的创创新新性性 本课题旨在 研究基于细胞组装技术的高内涵药物筛选 理论和方法 国内外未见有类 似的研究报道 2 2 研研究究思思路路及及方方法法的的创创新新 1 提出用组织工程学方法构建和完善高内涵药物筛选平台的概念 2 提出组织工程学技术构建多细胞微 系统进行病理建模的概念 3 提出在三维体系中检测脂肪干细胞分化 脂肪细胞代谢和分泌等功能 3 研研究究手手段段的的 创创新新 1 本项目首次利用多细胞三维组装技术 在体外组装能用于代谢综合症药物筛选的 三维多细胞微系统 2 用荧光标记 激光共聚焦显微镜技术对三维多细胞微系统进行研究 实时 无损和 定量检测关键生理生化因子的变化 17 拟采用的研究方法 实验方案 技术路线 拟采用的研究方法 实验方案 技术路线 一一 研研究究方方法法 收集国内外资料 研究组织工程 药物研发领域的问题和需求 归纳命题 提出解决 途径 在申请者和课题组对药物研发 组织工程的理论研究和应用成果基础上 进行严格 理论分析与技术论证 给出完善的研究方案 细胞组装采用基于离散堆积理论的细胞 材料微滴喷沉积组装的方法 组装材料以明胶和胶原为基础进行改性优化 种子细胞以脂 肪干细胞为主 利用生物反应器技术大规模培养获取 对生物信息实时 无损和定量检测 采用荧光标记 荧光数码成像系统 激光共聚焦显微镜和计算机图象处理等技术 最后遵 循理论研究和实际应用相结合的方法 将三维多细胞微系统应用于药物高内涵筛选评价 并以应用数据验证理论和指导平台构建 整个项目采用模块化与综合集成的方法 对各个 研究内容分块研究 对关键问题进行攻关 最后进行系统综合的研究 二二 实实验验方方案案 本项目在研究初期主要利用实验室现有技术和研究经验 进行理论分析和技术论证 以证明研究在理论和技术上的可行性 并随时进行修正 紧接的研究方案如下 1 优化多喷头细胞 材料三维组装工艺 并以成型技术为基础 设计能保证三维系统 内细胞的生长和功能要求的三维结构 2 基于能量代谢系统基础理论 选取培养靶细胞 开始以脂肪干细胞为主 利用生物 反应器对脂肪干细胞大规模培养分化 在此基础上考虑添加胰岛 细胞 内皮 细胞 使微系统内细胞结构和功能更为完整 3 在现有组装 基质材料的基础上 针对不同细胞调整材料性质 如包被胰岛 细 胞的基质材料需契合细胞糖敏感性和分泌特性 4 细胞 材料三维受控组装 构建三维多细胞微系统 从简单到复杂 从脂肪干细胞 脂肪细胞的开始 逐渐扩增胰岛 细胞等细胞 5 采用酶标仪 HPLC 等技术 检测代谢小分子 脂肪细胞分泌因子等浓度 然后研 究适用于高内涵筛选技术的无损 实时和定量检测技术 主要采用荧光成像 激光共聚焦显微镜等技术 6 在三维多细胞微系统中 模拟代谢综合症的病理情况 如胰岛素抵抗 肥胖 脂肪 分泌因子的分泌紊乱等 7 选择已知不同作用机制的药物进行实验 验证作为药物高内涵筛选的正确和可靠性 8 研究标准可行的 HCS 筛选平台应用方案 推广筛选平台 进行代谢综合症药物筛 选 18 三三 技技术术路路线线 在全面分析组织工程学研究现状 药物研发困境的基础上 分析归纳 确定本项目主 攻方向 基于现有的细胞组装 种子细胞 高内涵药物筛选等理论和技术 论证基于细胞 组装技术的高内涵药物筛选理论和研究方案 在此基础上 以代谢综合症为研究切入点 研究细胞 材料三维受控组装技术 满足成型和细胞功能要求的材料和组装结构 脂肪干 细胞大规模培养和分化 有以上基础后进行细胞三维受控组装 构建三维多细胞微系统 并进行生物信息检测 开发适用于高内涵筛选的检测技术 在这些工作基础上 结合研究 者丰富的药物研发经验 进行药物领域应用研究 包括对代谢综合症病理建模 针对 HCS 进行标准化研究 最终 形成一套完整的 基于细胞组装技术的高内涵药物筛选 理 论 技术和应用体系 技术路线如图2 图图 2 2 技术路线 19 研究工作的总体计划及目前进展情况 研究工作的总体计划及目前进展情况 一一 总总体体计计划划 1 2006 1 2006 5 进行理论分析和技术论证 细胞三维受控组装技术优化 组装 结构设计建模 根据代谢综合症病理基础 选择靶标细胞 对脂肪干细胞大规模 培养和分化 胰岛 细胞和内皮细胞培养 基质材料优化 2 2006 6 2007 2 细胞 材料三维受控组装 构建适合高内涵药物筛选的 三维多细 胞微系统 从脂肪干细胞 脂肪细胞的开始 逐渐扩增微系统的细胞种类 根 据代谢综合症病理基础理论 应用三维多细胞微系统 对代谢综合症建模 选择 适合高内涵药物筛选评价的指标 采用酶标仪 HPLC 技术检测代谢小分子的浓 度 给出合适的无损 实时和定量荧光检测和 分析方法 3 2006 11 2007 9 针对三维多细胞微系统 选择已知不同作用机制的药物进行实 验 验证作为药物高内涵筛选的正确和可靠性 研究标准可行的 HCS 筛选平台 应用方案 补充必要试验 完成本项研究的所有内容 集中整理资料 完成论著 编写与发表 完成研究工作总结及技术报告等 项目验收鉴定 二 目前进展情况二 目前进展情况 课题组为本项目已经进行了大量的前期工作积累 已在细胞三维受控组装和生物材 料等方面进行了大量的理论和应用研究 开发了一系列的细胞组装工艺 在结构设计 细 胞组装前预处理 基质材料选择 固化 多细胞组装等方面积累了丰富的理论和经验 课 题组对组装体内细胞功能测定也积累了一系列方法 目前已经完成对脂肪干细胞培养分 化 胰岛 细胞和内皮细胞培养 基质材料优化 等前期研究 申请者具有扎实的生物医学工程理论和应用基础 多年以来一直从事应用生物医学工 程技术进行药物评价和筛选 组织工程等生物医学工程领域的理论和应用研究 在攻读博 士期间 首次提出并建立了利用计算机图象处理分析脂肪干细胞分化 进行代谢综合症药 物筛选的模型 筛选出多个中药活性成分 并建立体外代谢综合症药物评价体系 这 些前期的实验工作及相应的预研究 与本申请项目 具有很强的联系性和继承性 工作 衔接性很强 许多试验数据资料与研究条件可以利用 为本基金项目深入 系统地研究与 顺利完成做好铺垫 为本课题的开展奠定了前期基础 12 现有条件 参加该项目工作的科研人员简况 仪器设备 实验材料 图书资现有条件 参加该项目工作的科研人员简况 仪器设备 实验材料 图书资 料等 与尚缺的条件 料等 与尚缺的条件 一 项目组主要成员项目组主要成员 王小红 王小红 女 清华大学生物制造研究所副教授 研究方向为肝组织工程 细胞三维受控 组装等 已在 Biomaterials Tissue Engineering 等国内外核心期刊上发表 SCI 收录的 论文 20 余篇 完成过多项国家自然科学基金 刘海霞 刘海霞 女 清华大学生物