骨/软骨损伤是骨科临床中的常见病和多发病, 其治疗是骨科临床难题, 更是再生医学研究热点. 目前, 骨组织工程被广泛应用于骨/软骨修复, 其中生物活性支架材料搭载种子细胞可促进骨/软骨修复, 但该技术在骨/软骨新生过程中缺乏多维度、多层次的机制解析和有序调控, 无法有效诱导空间化骨/软骨微环境特征, 成骨/软骨活性不足, 临床修复效果有限. 因此, 亟须开发新的研究工具和技术, 以较小成本和简单方式模拟骨/软骨结构和生理功能, 复制其病理特点, 用于发病机制研究和促进骨/软骨再生修复. 近年来, 类器官技术的迅猛发展为再生医学研究提供了独特的解决方案. 骨/软骨类器官是近几年涌现出的概念, 在国内的研究亦刚刚起步. 系统地介绍了骨/软骨类器官的发展历程、构建策略、评价表征、机制探索以及临床前应用等方面的前沿进展, 旨在为对该领域感兴趣的学者提供参考, 推动骨/软骨类器官临床应用, 提升骨/软骨损伤修复效果, 为促进骨/软骨损伤组织有序再生修复提供全新干预策略.

维生素 E 稳定型高交联聚乙烯 (vitamin E stabilized highly cross-linked polyethy-lene, VE/HXLPE) 是一种抗氧化、低磨损的材料, 该材料磨屑是否可以用现有标准方法提取还未知. 基于标准, 采用酸消化法降解体外磨损实验中的润滑介质, 通过设置不同的消化液取样量指标, 探究其对磨屑数量、体积、形貌特征的影响. 结果表明, 改变磨屑提取方法中的取样量会影响提取的磨屑数量、体积及形貌分布. 采用现行标准提取到的磨屑 VE/HXLPE 较少, 难以达到表征数量, 而增加消化液取样量可有效改善这一问题, 更适用于提取低磨损的VE/HXLPE 磨屑.

肝癌是全球领先的致命恶性肿瘤. 缺氧是肿瘤微环境(tumor microenvironment, TME) 的显著特征, 缺氧诱导因子-1a (hypoxia-inducible factor 1a, HIF-1a) 是缺氧反应中 重要的转录调节因子. 非编码RNA (non-coding RNA, ncRNA) 在调控肝癌的发病机制和进 展方面起着重要的作用. 综述了缺氧环境下ncRNA 在肝癌发生、上皮间质转化和血管形成中 的病理作用, 并讨论了ncRNA 作为人类肝细胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC) 诊断工 具和治疗靶点的潜在应用.

Wnt/b-连环蛋白信号通路是癌症领域最热门的分子靶点之一, 与许多恶性肿瘤的 发生和发展密切相关. Wnt/b-连环蛋白信号通路还广泛应用于肿瘤免疫调节, 异常活化的 Wnt/b-连环蛋白与肿瘤免疫抑制微环境密切相关. 目前, 免疫检查点抑制剂的研究和应用已 相当广泛, 但是以靶向程序性死亡受体1 (programmed cell death protein 1, PD-1)/程序性死 亡配体1 (programmed cell death ligand 1, PD-L1) 和细胞毒性T 淋巴细胞抗原4 (cytotoxic T lymphocyte antigen-4, CTLA-4) 为代表的免疫检查点抑制剂存在患者响应率低和耐药的 问题. Wnt/b-连环蛋白的激活会抑制肿瘤微环境CD8+ T 细胞的浸润, 抑制抗肿瘤免疫反应 并诱导免疫检查点抑制剂耐药. 重点讨论了Wnt/b-连环蛋白信号通路与免疫检查点的关系, 并对Wnt/b-连环蛋白抑制剂联合免疫检查点抑制剂治疗恶性肿瘤的研究进展进行综述.

以脱细胞真皮基质(acellular dermal matrix, ADM) 和聚乳酸(polylactic acid, PLA) 为材料制备3D 打印血管支撑补片(又称支架), 用于动物模型腹壁缺损的修复. 优化了3D 打 印可植入补片的设计和实验工艺条件. 对制备的3D 打印补片的机械强度、表面形态、细胞 毒性和生物相容性进行了测试, 并与猪小肠黏膜下层(porcine small intestinal submucosa, PSIS) 补片和PLA 补片进行了比较. 结果表明, 3D 打印补片的缝合载荷、抗拉强度、亲水 性和降解率均显著高于PSIS 补片和PLA 补片. 同时, 对3D 打印补片的细胞相容性进行 体外评价, 结果表明细胞活力好且无毒. 以大鼠作为动物模型, 对3D 打印补片的生物相容 性和腹壁重建效果进行体内评价. 结果表明, 缺损区域修复良好, 无明显感染、血清肿、血 肿等情况发生. 综上, 证明了所制备的3D 打印ADM-PLA-ADM 补片比PSIS 补片和PLA 补片具有更好的组织再生性能, 3D 打印补片可实现腹壁缺损的无张力闭合. 因此, 3D 打印 ADM-PLA-ADM 补片有望应用于腹壁重建.

采用网络药理学的方法探究虎杖 (Polygonum cuspidatum) 治疗糖尿病心肌病 (di-abetic cardiomyopathy, DCM) 的关键靶点和潜在作用机制. 通过检索中药系统药理学数据库与分析平台 (traditional Chinese medicine systems pharmacology database and analysis platform, TCMSP) 和查阅文献, 获得虎杖的主要活性成分并预测其潜在的作用靶点. 利用GeneCards 和在线人类孟德尔遗传(online Mendelian inheritance in man, OMIM) 数据库获得DCM 的作用靶点, 并绘制Venn 图获得二者的交集靶点. 使用String 数据库和CytoScape软件构建虎杖-有效成分-交集靶点网络和蛋白相互作用 (protein-protein interaction, PPI) 网络. 通过注释、可视化和集成发现数据库 (the database for annotation, visualization and integrated discovery, DAVID) 在线分析工具进行基因本体论 (gene ontology, GO) 富集分析和京都基因与基因组百科全书 (Kyoto encyclopedia of genes and genomes, KEGG) 富集分析, 共筛选出 15 个虎杖有效活性成分以及 214 个治疗 DCM 的潜在作用靶点, 主要涉及脂质和动脉粥样硬化通路、糖尿病并发症中的 AGE-RAGE 信号通路、IL-17 信号通路、HIF-1 信号通路、胰岛素抵抗通路、PI3K-Akt 信号通路及凋亡通路等. 这说明虎杖通过多成分、多靶点、多通路来发挥治疗 DCM 的作用.

利用网络药理学方法联合 GEO 基因芯片及分子对接探索补骨脂乙素治疗溃疡性结肠炎 (ulcerative colitis, UC) 的潜在作用机制. 通过 PubChem 等数据库预测补骨脂乙素靶点;在 GeneCards、DisGeNET 等数据库检索 UC 作用靶点合并 GEO 芯片提取的差异基因去重后得到 UC 靶点, 对药物与疾病交集基因进行富集分析; 构建交集基因蛋白互作网络筛选出核心靶点, 分子对接初步验证药物与核心靶点的结合活性. 结果: 筛选出交集基因 107 个; 富集分析显示基因功能多与炎症相关; 筛选得到核心靶点 AKT1、MMP9、EGFR、IGF1、SRC;分子对接模拟验证显示药物与核心靶点之间有较好的结合活性. 提示补骨脂乙素可能通过作用于核心靶点调节炎症相关信号通路进而发挥抗 UC 的作用, 可为后续深入研究提供数据支持.

新型选择性 5-羟色胺再摄取抑制剂类药物氟西汀、三环类药物阿米替林和多虑平以及选择性去甲肾上腺素再摄取抑制药物米安色林等是目前常用的抗抑郁药, 但目前对这类药物的非靶点毒性研究较少. 选取雌激素敏感型人乳腺癌细胞 SKBR3 和 MCF-7 为研究对象,检测了以上 4 种抗抑郁药对细胞的增殖能力、氧化应激能力、胞内 Ca2+ 浓度变化及 DNA损伤等生物学效应终点的影响, 并评估其综合毒性效应. 对 SKBR3 细胞的研究结果表明, 在低浓度 (0.001∼10 µmol/L) 暴露 24 h 后, 仅氟西汀明显促进了 SKBR3 细胞增殖, 但当浓度高于 10 µmol/L 时, 氟西汀、阿米替林和米安色林均对细胞活性产生了抑制作用. 低浓度下,氟西汀和阿米替林暴露 24 h 后, 可诱导细胞内活性氧 (reactive oxygen species, ROS) 水平显著升高; 而米安色林和多虑平在暴露 3 h 时, 即可提高细胞内 ROS 水平. 4 种抗抑郁药在低浓度 (0.001∼1 µmol/L) 暴露 24 h 时对细胞内 Ca2+ 水平均没有显著影响, 但当浓度大于1 µmol/L 时, 细胞内 Ca2+ 水平显著升高. 彗星实验表明, 氟西汀在 0.1 和 1 µmol/L 时促进了细胞内 DNA 损伤. 作为对比研究, 采用 MCF-7 细胞进一步评估了氟西汀和阿米替林对细胞增殖能力、氧化应激能力、胞内 Ca2+ 浓度变化等生物学效应终点的影响. 发现类似于SKBR3 细胞, 低浓度下仅氟西汀对 MCF-7 细胞的增殖产生了促进作用. 在较高的浓度下氟西汀和阿米替林均诱导了细胞内 Ca2+ 水平显著升高. 而氟西汀和阿米替林仅在两个最高的暴露浓度 25 和 50 µmol/L 导致了细胞内 ROS 水平的显著升高, 这与它们在低浓度下即可诱导 SKBR3 细胞内 ROS 水平的升高的结果是不同的. 这些研究结果能为评估抗抑郁药化合物的非靶点毒性效应危害提供实验数据.

基于立方金刚石晶体结构构建了 2 种 2 维原子晶体: 氢化立方金刚石 (hydrogenated cubic diamond, HCD) 和含氢空位氢化立方金刚石 (hydrogen vacancy-HCD, Hv-HCD); 将含氢空位氢化立方金刚石与单层六方氮化硼 (h-BN) 和石墨烯 (graphene, G) 组装构建了 2种 2 维原子晶体范德华异质结构: h-BN/Hv-HCD 和 G/Hv-HCD. 根据第一性原理, 对含氢空位氢化立方金刚石 2 维原子晶体体系、硫酸吲哚酚和水分子的 Fukui 函数进行了计算. 研究结果显示, 含氢空位氢化立方金刚石 2 维原子晶体体系的氢空位碳原子具有较大的 f+(r)和 f−(r) 值, 表明氢空位碳原子的亲电和亲核反应趋势较为显著. 有关能量效应的计算结果表明: 水分子与含氢空位氢化立方金刚石2 维原子晶体体系的氢空位碳原子形成氢键; 硫酸吲哚酚分子在氢空位碳原子位点发生化学分解, 生成 3-吲哚酮和二氧化硫, 原磺酸基羟基与氢空位碳原子结合形成醇羟基. 该体系可以作为基于2 维原子晶体研发生物活性分子、人体血液毒素分子吸附清除以及检测分析核心材料的参考依据.

海上风电可提供高效清洁的新能源, 是我国能源结构转型的重要战略支撑, 但其接入系统的规划存在对不确定性市场竞争环境下多利益主体间交互行为的影响考虑不充分的问题.提出了一种考虑多主体博弈的海上风电场接入系统规划模型, 结合海上风电接入系统投资主体、运营模式多样的特点, 兼顾多个参与主体的利益, 通过优化接入系统的接入方式和投资运营合作模式, 得到最优的海上风电接入系统规划方案. 该方法可为多主体投资运营下海上风电场接入系统的科学灵活规划和有效运营管理提供参考.

为了进一步提高锂离子电池的能量密度, 高镍三元正极材料 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811) 正受到广泛关注. 利用淀粉在水中高温形成溶液、低温凝结成凝胶的特性, 将制备 NCM811 的原料以溶液形式均匀分散在高温的淀粉溶液中, 通过降低温度得到金属离子分散均匀的凝胶, 经过干燥、在空气气氛下煅烧即可制备出 NCM811(常规制备方法为氧气气氛下煅烧). 研究了淀粉质量比对电极材料晶体结构、颗粒大小以及电化学性能的影响. 研究结果表明: 在淀粉凝胶体系下, 合成材料的粒径较小, 电化学性能较好. 当淀粉质量比为10% 时, 合成出的材料粒径约为 500 nm, 首次库伦效率为 82.88%, 1.0 C 下放电比容量为146.0 mA · h · g−1, 1.0 C 下循环 100 圈容量保持率为 80.14%. 材料粒径的变小是由于淀粉凝胶的空间限域作用和在煅烧过程中颗粒的聚集增大得到了抑制, 粒径小促进了电解液与电极的相互作用, 缩短了锂离子的迁移距离; 同时淀粉的存在使材料表面含有微量的碳, 增强了材料的导电性, 提升了电化学性能.

高镍三元正极材料 LiNixCoyMn1−x−yO2(NCM, ω(Ni)>60%)由于粉体颗粒表面的 相变, 电解液副产物 HF 的侵蚀, 过渡金属离子的溶解等问题, 其循环性能及安全稳定性一直 不理想. 通过原子层沉积 (atomic layer deposition, ALD) 反应在高镍 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811) 正极材料表面均匀沉积了超薄 TiO2 涂层, 用于改善其电化学性能. 研究结果表 明: 通过 ALD 反应沉积 TiO2 后, 改性 NCM811 的性能明显改善; 超薄 TiO2 涂层阻碍了 NCM811 活性颗粒与电解液的直接接触, 提高了材料的循环稳定性; 在循环过程中, 超薄涂层 不会影响锂离子的传输. 通过 ALD 反应沉积超薄涂层为改性电极材料提供了新思路.

采用不同的分子动力学(molecular dynamics, MD) 技术模拟了密排六方(hexagonal close-packed, HCP) 金属Mg 在深、中、浅过冷度条件下的凝固及退火过程, 并利用新建的时间平均原子体积谱(time-averaged atomic volume spectrum, TAVS) 方法对空位进行了标定分析. 结果表明: 凝固过程中的空位捕获效应非常明显, 即过冷度越大, 捕获空位的浓度就越高, 且远高于对应的平衡空位浓度. 同时发现, HCP-Mg 在凝固过程中存在一定量的自间隙原子. 这与对称性更高的面心立方(face-centered cubic, FCC) 金属Al 完全不同. 此外, HCP-Mg 的空位原子(vacancy atoms, VA) 笼存在外扩位移, 而不是目前普遍公认的金属空位原子的内缩位移.

利用五氯化铌 (niobium pentachloride, NbCl5) 对碳化后的蜜胺泡绵 (melamine foam, MF) 进行活化处理, 实现杂原子富集, 再进行热处理, 获得多原子掺杂的蜜胺泡绵基碳 海绵 (NbNOCSs). NbNOCSs 具有良好的自支撑三维网状结构, 可直接用作单片电极, 无需 任何添加剂. 实验结果表明, NbCl5 的活化对提高 NbNOCSs 电极的电化学性能有着重要作 用. 与未经 NbCl5 活化的 NbNOCS 相比, NbNOCS-1/3 (NbCl5 与一次碳化的 MF 的质量 比为 1∶3) 因其独特的孔隙结构、丰富的赝电容活性物质和良好的离子转移特性而表现出更 优异的电化学性能. NbNOCS-1/3 在电流密度为 0.5 A·g −1 时表现出 173.4 F·g −1 的高比电 容; 在 50 A·g −1 时有 59.49% 的高容量保持率; 在 10 A·g −1 电流密度下循环 10 000 次后仍 有 90.78% 的容量保持率, 显示出良好的电化学循环性能.

通过阴离子诱导辅助生长法制备哑铃形氧化硅磨粒, 并对哑铃形氧化硅磨粒进行表征, 研究该磨粒对氧化锆陶瓷化学机械抛光 (chemical mechanical polishing, CMP) 性能的影响. 实验结果表明: 哑铃形氧化硅磨粒稳定性好、分散性好, 具有优异的化学机械抛光性能. 与球 形氧化硅磨粒相比, 用哑铃形氧化硅磨粒对氧化锆陶瓷抛光时, 材料去除率提高 39%, 抛光后 陶瓷表面平整光滑, 表面粗糙度为 1.960 nm. 这是因为哑铃形氧化硅磨粒抛光液润湿性好, 可 以与氧化锆陶瓷表面充分接触, 有利于固相化学反应的发生. 此外, 哑铃形氧化硅磨粒的摩擦 系数更大, 这使得机械效应显著增强.

研究了静脉血液流动非线性双曲系统的基本波. 静脉血液流动可以由一个 3 × 3 的非 线性偏微分方程系统描述. 它是一个非严格的双曲系统. 通过特征分析方法, 给出了静脉血液 流动的基本波——疏散波、激波和驻波. 特别地, 对于血液流动中的驻波, 证明了状态空间存 在一个区域 Ω. 当给定状态在该区域以外时, 存在驻波连接该状态.