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中国博士后基金申请书范例(清华大学).doc

1、+投送一级学科:生物医学工程二级学科:原件 复印件 中国博士后科学基金资助金申请表申请人姓名XXX编号33151设站单位清华大学机械系流动站名称(一级学科)材料科学与工程进站日期 2005 年10 月14 日通讯地址清华大学西主楼生物制造工程研究所邮政编码100084电话2006年10 月 18 日填表申 请 须 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至6页,并由两位推荐人在7和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)。

2、经设站单位在9页填写审核意见后再用B5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100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

3、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。18姓 名XXX性 别男出生年月1976年11月民 族汉 博士后日常经 费来源 国家资助单位自筹 企业提供(企业博士后) 来自重大科研项目经费(项目博士后) 学 位获得年月攻读学位单位学位论文题目导 师学学士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XXX(副教授)位情硕士浙江大学硕博连读况博士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XXX(教授)起止年月单 位研 究 工 作职 务主2001-2002浙江大学生物医学工

4、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SC

5、I、EI、ISR、SSCI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(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)申请资助项目情况名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称英文研究类别 基础研究 应用基础 技术开发 国家重点项目 省市或部门重大项目 自选项目项目来源 863高技术

6、研究项目 国家自然科学基金项目 其它项目 研究经费来 源 及数 额博士后日常经费0.5万元项目的具体内容、预期目标及国内外在这方面研究的现状:一、研究内容 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

7、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、研究目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

8、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、 国内外研究现状及分析(一)组织工程学发展现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,便是以活

9、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

10、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,现有的组织工程技术在生命科学其它领域,包括药物研发领域中有重要的研究和应用价值。种子细胞是组织

11、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

12、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

13、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、 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1. 基于RP离散堆积原理细胞组装机和组装出的细胞-材料三维组装体软骨、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

14、,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) 药物研发领域的现状在药物研发领域,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

15、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

16、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 L18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 syn

17、drome, 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(Resisti

18、n)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

19、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2728。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

20、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

21、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。参考文献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 Academ

22、y 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 a

23、l. 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 Biomanu

24、facturing, 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 usur

25、ps tumor growth control imposed by the three-dimensional extracellular matrix. Cell. 2003; 114(1): 33-45.9. 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,

26、Arking DE, Shivapurkar N, et al. Genomic alterations in cultured human embryonic stem cells. Nature Genetics. 2005; 37(10 );1099-10311. 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

27、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 neovasculariza

28、tion 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

29、-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 prost

30、aglandin 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

31、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

32、 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; 8:1288-9

33、5.23. 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

34、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 meta

35、bolic syndrome in vitro. Acta Pharmacol Sin. 2006; 27(2):229-36.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:一、项目的科学意义、学术价值、应用前景生命科学、信息科学与制造科学相结合,是二十一世纪科技发展的重要趋势。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。本课题对组织工程学发展具有重要意义,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

36、的制造积累理论和技术。本课题在药物研究领域有广泛的应用前景,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、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)立题上的创新性本课

37、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)研究思路及方法的创新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)研究手段的创新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。拟采用的研究方法、实验方案、技术路线:一、研究方法: 收集国内外资料,研究组织

38、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

39、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、实验方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

40、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。三、技术路线 在全面分析

41、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

42、选理论、技术和应用体系。技术路线如图2。图2. 技术路线研究工作的总体计划及目前进展情况:一、总体计划1) 2006.12006.5: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) 2006.62007.2: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

43、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) 2006.112007.9: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

44、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

45、展奠定了前期基础。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:一、项目组主要成员XXX,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。XXX,女,清华大学生物制造研究所博士生,研究方向为细胞直接三维受控组装技术。XXX,男,清华大学生物制造研究所博士生,研究方向为细胞直接三维受控组装设备。XXX,女,清华大学生物制造研究所博士生,研究方向为细胞直接三维受控组装技术和材料。二、现有条件

46、清华大学生物制造工程研究所具有先进的实验条件。拥有多台自主开发的细胞三维组装机;细胞培养室、CO2培养箱、生物反应器、相差显微镜、显微数码摄相系统、酶标仪、离心机,还可以利用材料系实验室的PCR仪、电泳仪、激光共聚焦显微镜和HPLC等设备。此外还开发了多种的生物相容性基质材料。清华大学图书馆具有丰富的图书资源、齐全的中外文科技期刊以及电子书刊与网络资源,可以及时、便捷、全面地查阅到最新的国内外相关研究动态。本项目研究所需的硬件设备和主要软件已经具备,能保证本研究顺利进行与完成三、尚缺少的条件目前尚缺少部分实验材料需要购置,个别小型试验设备,通过研制即可投入使用。申请资助等级与金额等,人民币元使用资助金的计划及用途:1.观测/测试费: 0.5 万元 2.实验材料费/化学试剂/药品购置费: 0.7 万元3.分析/计算费: 0.2 万元4.室内外水电能源费/动力费: 0.1 万元5.图书资料/打印复印/信息检索/论文发表费: 0.3 万元6.会议交流费: 0.2 万元 合计总经费: 2.0 万元

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