Emerging Technology Platforms for Stem Cells pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Lakshmipathy, Uma/ Chesnut, Jonathan D./ Thyagarajan, Bhaskar

出品人:

页数:521

译者:

出版时间:2009-4

价格:1152.00元

装帧:

isbn号码:9780470146934

丛书系列:

图书标签:

• Stem Cells
• Biotechnology
• Tissue Engineering
• Regenerative Medicine
• Biomaterials
• Drug Discovery
• Bioengineering
• Cell Therapy
• Nanotechnology
• Medical Technology

先进材料科学在再生医学中的应用：从理论到临床转化 图书简介 本书深入探讨了再生医学领域最前沿的研究进展，聚焦于新型先进材料的设计、合成、表征及其在修复和替代受损组织和器官中的关键作用。本书的结构旨在为材料科学家、生物工程师、临床医生和研究生提供一个全面且深入的视角，理解如何利用尖端材料科学的力量，克服当前生物医学工程面临的重大挑战。全书内容翔实，理论与实践并重，力求展现从基础研究到临床转化的完整路径。 第一部分：再生医学基础与材料设计原则 第一章：再生医学的范式转变与材料科学的介入 本章首先概述了再生医学的发展历程，从早期的细胞移植到如今以组织工程和再生为核心的现代生物医学范式。重点阐述了生物材料在构建功能性组织微环境中的核心地位。我们将深入讨论理想生物材料应具备的生物相容性、可降解性、机械性能匹配性以及生物活性调控能力。本章会详细解析细胞-材料相互作用的基础理论，包括细胞粘附、铺展、增殖和分化如何受到材料表面能、形貌和化学成分的影响。 第二章：生物高分子与水凝胶：柔性支架的构建 水凝胶作为模拟细胞外基质（ECM）的理想载体，是本章的重点。我们不仅介绍天然高分子如胶原蛋白、透明质酸、纤维蛋白原的应用，更侧重于合成生物可降解聚合物如聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PGA）及其共聚物（PLGA）的结构-性能关系。深入讨论了“点击化学”、“硫醇-烯反应”等先进交联技术，用于实现水凝胶在生理条件下的快速、精确固化，以及如何通过动态共价键或超分子相互作用构建具有自修复能力和环境响应性的智能水凝胶。内容将涵盖如何调控水凝胶的孔隙结构、孔径分布及水化状态，以优化营养物质的输送和代谢废物的清除。 第三章：无机材料与复合材料：力学性能的强化与生物活性的引入 本章聚焦于无机纳米材料，如生物活性玻璃、羟基磷灰石（HAp）及其在骨组织工程中的应用。详细分析了硅酸钙基材料的生物活性机制，特别是它们如何促进骨细胞的矿化和骨组织的再生。随后，探讨了如何通过制备生物复合材料来弥合有机材料的力学劣势和无机材料的脆性问题。重点案例包括纤维增强复合支架、纳米纤维素/聚合物复合材料，以及如何通过引入特定的无机纳米粒子（如氧化铁纳米颗粒用于磁性导航或热疗）来赋予支架多功能性。 第二部分：先进制造技术在组织工程中的革新 第四章：增材制造（3D打印）技术：从体素到组织 本章将3D打印技术（包括光固化、熔融沉积、喷墨打印）视为实现复杂三维结构定制化的关键工具。详细介绍“生物墨水”（Bioink）的配方设计，包括其流变学特性、打印适性和固化机制。深入分析了多材料打印技术如何实现梯度功能支架的构建，例如在心肌组织工程中，打印出兼具刚性与弹性的梯度结构，以匹配健康心肌的力学特性。案例分析将侧重于打印分辨率、层间粘合强度与最终组织功能的关联。 第五章：电纺纳米纤维技术：模拟天然ECM的精细结构 电纺技术因其能够制备出直径在几十到几百纳米范围内的纤维，从而高度模拟天然细胞外基质的微观结构而受到广泛关注。本章详细介绍了湿法电纺、辅助电纺等改进技术，以控制纤维的排列、交联和层叠。探讨了如何通过表面改性（如等离子体处理、接枝聚合）来调控纳米纤维的亲疏水性和生物分子负载能力。特别关注电纺膜在神经导管、血管支架以及皮肤修复领域的应用实例。 第六章：微流控技术与器官芯片：高通量筛选与疾病模型 微流控平台，特别是“器官芯片”（Organ-on-a-Chip），为再生医学研究提供了前所未有的体内模拟环境。本章阐述了如何利用微纳加工技术在微芯片上构建具有特定微环境（如流体剪切力、梯度氧气分布）的活体组织模型。深入探讨了如何将细胞、生物材料和生物反应器集成到单个芯片系统中，以模拟复杂的生理过程，如血脑屏障的动态交换或肿瘤的微转移过程。 第三部分：功能化材料与生物活性调控 第七章：生物分子与生长因子传递系统：时空精确控制 有效的再生依赖于对细胞信号通路的精确调控。本章全面分析了生长因子、趋化因子、核酸（如miRNA、siRNA）的封装和释放策略。重点介绍控释机制，包括渗透、扩散、酶解和pH敏感型释放。详细阐述了微球、脂质体、聚合物纳米粒作为载体的优势与局限性，以及如何利用化学键合或电荷相互作用实现多因素、多阶段的生物信号序列化释放，以指导细胞命运的转变。 第八章：细胞示教与生物相容性工程 本章超越了简单的生物惰性，转向主动的“细胞示教”（Cell Instruction）。探讨了如何通过材料表面化学修饰引入特定的配体（如RGD序列、细胞因子结合域），以引导特定细胞（如干细胞、内皮细胞）的定向迁移和功能化。深入分析了表面的拓扑结构（如凹槽、凸点）如何通过机械信号转导（Mechanotransduction）影响细胞核重塑和基因表达。同时，详细讨论了生物降解产物的毒理学评估以及材料与宿主免疫系统的相互作用，确保长期植入的安全性和有效性。 第九章：生物光子学与活体成像在材料评估中的应用 先进材料的评估离不开高分辨率的体内外监测技术。本章关注生物光子学技术，如共聚焦显微镜、双光子显微镜和荧光寿命成像（FLIM）在评估支架内细胞的活力、三维分布和代谢状态中的应用。讨论了如何利用近红外荧光染料或自发荧光信号，实时监测材料降解速率、药物释放动力学以及组织再生过程中的细胞行为。 第四部分：转化医学前沿与临床挑战 第十章：血管化工程：解决组织再生的核心瓶颈 构建具有自我血液供应的厚组织结构是再生医学的长期目标。本章系统回顾了血管化策略，包括内皮细胞种子接种、血管生成因子梯度释放、以及利用可降解模板（如牺牲性支架）引导血管萌芽。重点分析了如何利用微流控技术打印出具有预先形成血管网络的“血管化支架”，以及在心肌、肝脏等高代谢需求器官修复中的应用。 第十一章：免疫调节性支架与炎症控制 植入材料的生物安全性核心在于有效管理炎症反应。本章探讨了如何通过材料设计来诱导“有益性”或“耐受性”免疫应答，而非排斥反应。讨论了引入免疫调节分子（如TGF-β、IL-10）或设计特定降解速率的材料，以平稳过渡炎症期和增殖修复期。特别关注了巨噬细胞表型（M1/M2）对材料表面特性的响应及其对组织再生的长期影响。 第十二章：临床转化与监管考量 本章将理论和技术研究与实际的临床应用联系起来。讨论了从实验室到临床试验的关键步骤，包括生物材料的规模化生产、灭菌、质量控制（QC）标准。详细分析了医疗器械监管机构（如FDA, EMA）对生物活性支架和细胞治疗产品的特定要求，包括长期稳定性测试、异源性风险评估和生物力学功能验证的必要性。本书最后展望了未来十年，先进材料科学如何推动个性化医疗和再生医学的全面落地。 总结： 本书是一部综合性的参考著作，汇集了材料化学、生物物理学、细胞生物学和生物工程学的最新知识，旨在推动研究人员和临床从业者共同致力于开发下一代组织修复和器官替代解决方案。内容严谨、深度足够，适合高年级本科生、研究生、博士后研究人员以及在生物材料和再生医学领域工作的专业人士。

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