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基于人工智能GPGA的华法林剂量预测模型
目的 提出一种基于遗传程序设计(GP)和遗传算法(GA)的人工智能算法,命名为遗传程序设计-遗传算法(GPGA),以建立更准确的华法林剂量预测模型.方法 纳入100例华法林达稳态,临床信息完整,且获得CYP2C9与VKORCI基因型的汉族患者,记录其华法林稳定维持剂量(真实值).使用GPGA算法合成并进化模型得出预测的华法林维持剂量(预测值),与本院提出的线性回归模型、目前国际公认的国际华法林药物基因组学联合会IWPC模型,及三种现有人工智能建模方法相比较.结果 在各复杂度模型中,GPGA的平方相关系数(R2)、均方误差(MSE)和预测值在真实值±20％范围内的比例(20％-p)总体表现优.GPGA得到的R2从训练集到测试集没有下降.身高和性别变量的加入并未进一步提高模型预测性能.结论 GPGA总体得到了好的趋势相关性、精度和可用性,且泛化性强.身高和性别对华法林维持剂量无明显预测价值.
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“湖北省生物医学工程学会心电信息专业委员会”成立
现代心电技术飞速发展，国内、国际心电学水平在不断提高，学术活动非常活跃，为使湖北省的心电学水平与国内、国际保持同步提高，同时加强其心电图工作者的学术交流机会，提供心电工作者之家活动，在各方共同努力下，湖北省生物医学工程学会心电信息专业委员会经湖北省生物医学工程学会审议通过并报省民政厅备案，同意成立。按省学会有关成立程序，完成其组织结构形式，经湖北省生物医学工程学会同意，于2015年6月26~27日在武汉大学人民医院学术活动中心召开了“湖北省生物医学工程学会心电信息专业委员会成立暨首届心电新技术新概念学术会议”。
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超极化激活的环核苷酸门控的离子通道与生物心脏起搏器构建
超极化激活的环核苷酸门控的离子通道(HCN)是心脏的起搏基因,负责心脏起搏节律的产生和调控,该基因的遗传缺陷可以导致某些先天性的窦房结功能紊乱.近年来构建生物心脏起搏器治疗窦房结功能紊乱的研究十分活跃,涉及到基因和细胞治疗的各个方面.其中利用HCN来构建起搏器是该领域研究的热点,包括直接发送HCN治疗、间充质干细胞运送HCN治疗、工程化HCN构建生物心脏起搏器协同电子起搏器治疗三个方面的研究.
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均匀心肌组织中心室颤动机制的仿真研究
目的研究心肌中的局部传导阻滞现象,在细胞水平上解释颤动中螺旋波的形成和破裂为多重子螺旋波的机制,强调动作电位时程(APD)恢复特性对心室颤动的诱发和维系具有重要意义. 方法从心肌细胞APD恢复特性和传导速度(CV)恢复特性出发,利用非线性动力学方法,基于一维均匀心肌组织模型,观察不同起搏频率下的APD现象.结果证明了单个心肌细胞的APD交替以及均匀心肌组织中的非同步交替现象,并在起搏位置的远端发现了局部传导阻滞.结论均匀心肌组织中,由于APD和CV恢复特性的相互作用,在高频率起搏时,足以产生局部传导阻滞,从而可能进一步诱发螺旋波及破裂成心室颤动.
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一种新型多功能心脏临时生理起搏器的临床应用
目的 对作者自行研制的PACE3000型多功能心脏临时生理起搏器,作临床应用研究.方法 对12例严重过缓型心律失常患者在无X线的环境下,用PACE3000型仪作多种方式的床旁起搏.结果 PACE3000型仪配备的液晶显示器可清晰显示腔内心电图和体表心电图,从而指引临时起搏导管到位,该仪的感知、起搏、心电监护等功能运行良好,12例患者(2例AAI、6例VVI、2例VAT、2例DVI)实施临时心脏起搏,均获成功.结论 使用PACE3000型仪可在任何环境下实施临时单腔或者双腔临时心脏起搏,具有开发价值及推广前景.
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计算机仿真模型研究心肌细胞老龄化病变对窦房结功能的影响
目的 动态观察心肌细胞老龄化病变对心脏搏动功能的影响,揭示传导阻滞与心律失常之间关系.方法 利用Zhang等构建的完整兔子心脏窦房结-心房细胞体系运动电位的二维解剖模型,采用零流边界条件用五点差分法进行数值积分,通过计算机仿真模拟研究心肌组织中细胞死亡比例(p)和钠电导(gNa)降低引起的钠电流(INa)改变对心脏起搏和传导的影响.结果 降低gNa或部分细胞死亡均会减慢心脏起搏速率;利用该模型还可以重现有生理缺陷的心脏体系异常搏动现象,如老龄化的心脏因细胞膜INa减少或部分心肌细胞死亡导致窦房结传导受阻,甚至出现心脏猝死现象;而gNa降低和细胞死亡两者共同作用对减弱心脏起搏活性的影响更大,或是窦房结到心房的传导受阻,更或是窦房结起搏受抑制.结论 对于完整窦房结-心房肌组织,死亡细胞的分布和gNa在调控心脏窦房结起搏活性的过程中起着十分重要的调节作用.
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利用Java编程对窦房结体系搏动过程进行视图仿真
目的 动态观察窦房结起搏活动随外界刺激的演变过程,揭示传导阻滞与心律失常之间的联系.方法 以窦房结细胞模型为研究对象,利用Java语言编程,对窦房结起搏活动进行视图仿真研究.首先,利用其视图功能,将复杂体系各控制参量设置为面板上不同按钮,通过点击按钮观察膜电压随控制参数变化的情况;其次,添加恰当的鼠标响应效果,观察不同条件下的视图效果.结果 加入外界刺激对神经系统的调控作用,调节细胞死亡比例或钠电导等控制参量,模拟窦房结体系在体的搏动过程,观察搏动电信号传导受阻现象,与临床观察到的心律失常症状相吻合;利用视图仿真,动态跟踪不同参数条件下,膜电压产生及传导的演变过程,直观形象地模拟了窦房结体系动力学过程.结论 利用Java编程的视图仿真可直观了解传导阻滞与心律失常之间的内在联系,模拟过程直观形象,方便明了.
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KillerRed在光遗传学中的研究进展
KillerRed是第一个完全由基因编码的光毒性红色荧光蛋白,可接受绿色光照(540～580 nm)生成活性氧(ROS),对DNA、蛋白质、脂肪等造成损伤或者激发细胞内信号瀑布,影响细胞的代谢或增殖,甚至诱导细胞死亡,发挥细胞消融作用.KillerRed作为光遗传学工具,通过遗传学技术将KillerRed的基因编码序列与信号肽序列或亚细胞定位序列融合,可实现精确的靶器官、靶细胞、靶蛋白,甚至亚细胞结构的定位表达,具有高时空精准性的特点.随着光遗传学技术的逐渐成熟,KillerRed在细胞内氧化应激反应机制及应用方面已有部分创新性探索,且显示出在神经、肿瘤、心脏、视网膜以及基因重组体筛选、细胞消融、光动力学治疗等领域良好的应用前景.
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一种自动优化实现双室再同步的双腔起搏系统
应用三腔起搏器心脏再同步化治疗(CRT)慢性充血性心力衰竭(CHF)设置短而固定的房室间期(AVI),废弃了房室结生理性房室延迟功能;另外,右室起搏非生理性,而且植入右室电极不但增加患者及术者X射线暴露及手术难度,还干扰三尖瓣闭合引发三尖瓣返流,可导致心室结构及功能的损害,如果双室再同步的获益不能抵消这些损害,将可能导致CRT无应答.后,三腔起搏要求100％双室起搏,较为耗电,且其价格超过双腔起搏器的2倍以上,尤其在经济欠发达的国家及地区,很多患者常因经济原因不得不放弃昂贵的CRT.通常伴有完全性左束支传导阻滞(CLBBB)的CHF患者,其房室结及右侧希-浦系统传导正常,无需起搏右室,提示可研发一种双腔起搏器,通过单左室起搏与从右侧希-浦系下传的自身激动融合即可实现CRT.该双腔起搏系统由硬件及软件两个系统组成,其中硬件系统包括双腔起搏器脉冲发生器、右房及左室两根电极.软件系统包括:①基于心房-心房间期推导右房-左室(RA-LV)间期的算法;②优化左室优先系数ε(默认值为0.55);③基于RA-LV间期优化起搏器AVD的算法,即AVD(n)=RA(n)-LV(n)间期×ε.该自动优化实现双室再同步的双腔起搏系统可代替目前的三腔起搏系统,对节约有限的医疗资源及向发展中国家及地区推广具有重要意义及应用前景.
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21世纪高等医学教育中数学课程内容改革初探
在医药学的研究工作中,阐明其中存在的数量规律是极其重要的.随着科学技术的发展,数学方法在医药学和生物学中的应用日益广泛和深入,正处在从宏观走向微观,从定性描述走向定量计算,从整体水平向细胞水平和分子水平发展的过程中,正处在从经典向现代化变革的重要时期.在现代科学研究中,生物学和医学研究正在飞速发展,其中一个显著的特点是:很多实验指标已由定性化发展到定量化.因此,生物数学已成为具有开拓性的带头学科之一,并由此逐渐派生出生物医学工程学、数量遗传学、药代动力学、计量诊断学、计量治疗学、定量生理学等边缘学科.预防医学、基础医学和临床医学等传统学科也都在试图建立数学模式和运用数学理论方法来探索出其数量规律.
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冠状动脉支架固定化抗体携带基因和靶向基因投递
目的 通过化学和免疫学双重偶联,构建支架结合基因的血管内基因转运体系,评价其可行性及效果.方法 采用双官能偶联剂N-琥珀酰亚胺基3-(2-吡啶二硫基)丙酸酯将特异性抗腺病毒六位体(Fab)2'片段以化学键结合在胶原涂层的支架上,编码绿色荧光蛋白的腺病毒作为报告基因载体,通过免疫作用连接在结合了(Fab)2'的支架上,分别在体外和体内实验中验证其效果.结果 体外实验结果发现,实验组支架胶原涂层的表面有大量编码绿色荧光蛋白的腺病毒转染的细胞浸润生长,与支架接触的培养皿表面生长的细胞转染率高达92.8%±2.5%,而未与支架直接接触的周边细胞几乎没有被转染.转染率与编码绿色荧光蛋白的腺病毒的反应用量在107～1010病毒粒子范围内呈直线关系,有明显的量效对应性.猪冠状动脉支架植入实验中,回收的支架上和与支架接触的血管组织内有广泛的绿色荧光蛋白表达,血管组织中总的转染率占细胞总数的5.9%±1.1%,转染细胞主要集中在新生内膜(＞17%)和中膜(＞7%),外膜几乎没有转染.远隔器官(肺、肝、肾)和下游冠状动脉样本未见绿色荧光蛋白DNA表达.结论 通过化学偶联的方法在支架上固定抗腺病毒特异性抗体结合腺病毒的基因转运体系可局部靶向、高效地进行血管内介入性基因转运.
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基因表达谱芯片筛选破裂性腹主动脉瘤组织中的差异表达基因
目的 采用表达谱基因芯片技术筛选破裂性腹主动脉瘤组织中的差异表达基因.方法 选取破裂性腹主动脉瘤组织标本6例,以年龄、性别构成、动脉瘤直径等相仿的6例未破裂腹主动脉瘤作对照.抽提总RNA,纯化mRNA后逆转录制备杂交探针,采用含有4 096种人类基因全长cDNA的表达谱芯片进行差异表达谱分析,通过Northern blot或Western blot反向验证部分差异表达基因.结果 在破裂性腹主动脉瘤组织中发现差异表达基因共有124条,上调的基因89条,下调的基因35条;共存性基因有42条,其中上调基因29条,下调基因13条.差异表达的基因有与基质代谢、炎性因子及粘附分子、细胞凋亡、原癌基因或抑癌基因、细胞信号和传递蛋白、细胞骨架和运动蛋白相关基因表达密切相关的多种基因参与.通过Northern blot等方法反向验证基质金属蛋白酶9和金属蛋白酶组织抑制剂2基因,证实在腹主动脉瘤组织中存在基质金属蛋白酶9和金属蛋白酶组织抑制剂2的mRNA及蛋白产物的差异表达.结论 应用表达谱基因芯片筛选破裂性腹主动脉瘤中的差异表达基因,可能为其发病机制及防治的研究提供新思路.
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组织工程血管模型中的细胞粘附
本文运用一种模拟血流动力学状态的平板流动腔血管模型,研究在不同剪切力作用和不同处理因素对内皮细胞的粘附保留状态的影响.用不同因素处理细胞载片后在其上培养细胞,再用同一剪切力作用,或者用同一底物处理细胞载片后用不同剪切力作用.结果发现,在生理剪切力条件下,低剪切力(2.1 Pa)作用时细胞保留率为90.38%±2.09%,比高剪切力(4.2 Pa)作用时细胞保留率(46.58%±1.98%)要高;多聚赖氨酸处理时的细胞保留率(90.38%±2.09%)和纤维连接素处理时的细胞保留率(91.59%±1.24%)比Ⅳ型胶原处理时细胞保留率(19.77%±1.05%)要高,且不同底物对细胞脱落行为有不同影响;而血管内皮生长因子基因转染对细胞粘附无明显影响.此结果提示,低剪切力、多聚赖氨酸和纤维连接素有利于组织工程血管模型中的细胞粘附.
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载基因支架治疗血管再狭窄
血管局部定位基因转染是目前血管再狭窄基因治疗研究的热点,它将特异性基因精确定位转染至局部血管壁,实现外源性基因表达,从而大限度地在血管局部发挥生物学效应.血管内支架作为一种局部定位并长期保留在体内的外源性植入物,是对血管内再狭窄进行基因治疗的比较理想的运载体系.
关键词： 生物医学工程学 支架载基因治疗血管再狭窄 综述 血管再狭窄 基因治疗 -
生物医学工程博士学位授权一级学科简介
生物医学工程学科是我校第一个博士学位授权一级学科。学位点可以授理学、工学、医学三种博士学位。学科横跨生命科学技术学院、理工学院、医学院等，充分体现了我校理、工、医学科相结合的优势。该学位点的建立为我校培养高层次人才又提供了一个良好的条件，推动了我校人才培养体系的建设。 我校生物医学工程学科具有雄厚的科研基础和教学背景，承担着国家"九五"攻关项目、国家"973"项目、"863"项目、国家自然科学基金项目等一批高等级的科研项目。在生物材料、组织工程、激光生物医学、基因工程、介入性诊疗技术等领域取得多项重要成果。在我校"211"工程重点学科建设过程中，生物医学工程学科得到了进一步的发展，从而在本科专业、硕士学位点、省级重点学科等的支撑下，建立了生物医学工程博士点，它的建立是"211"工程学科建设的一个重要成果，并将成为培养相关高级人才的基地。目前生物医学工程主要有4个研究方向：(1)组织工程与生物材料。旨在研究材料替代人体病损组织，或把人(或动物)的组织细胞种植在生物材料制成的特殊结构上，形成具有生理功能的以替代末期功能衰竭组织器官的生物人工器官或组织，以及替代组织的免疫问题；(2)激光生物医学。本方向研究可对生物组织和材料进行无损、原位、实时、高灵敏度的激光和光电子技术以及有关仪器设备，并研究激光与组织的相互作用、以激光对生物组织和材料进行加工处理及临床治疗的技术和设备；(3)细胞与基因工程。拟在研究基因结构、基因工程药物、细胞工程技术、生物芯片等的基础上，以边缘学科拓宽生物医学工程研究领域。(4)介入性诊疗技术及相关器械。该方向以放射影像学和导管技术为基础，主要研究借助高精度、计算机化的影像学仪器的观察定位，通过导管深入体内对疾病直接进行诊断和治疗的新技术以及相应的理论和医疗器械。 随着我校生物医学工程学科研究工作者的不断努力，具有特色的科学研究方向正在形成。生物医学工程学科作为"长江学者"特聘教授设岗学科，将引进高层次人才，强化学科建设，注重博士培养质量，并在与国际接轨的过程中，进一步发展和完善。 (生命科技学院教科办供稿)
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组织工程学在骨科领域的研究现状
组织工程学(tissue-engineering,TE)是生物医学工程学中的一个新的分支,它是应用细胞生物学和工程学的原理,研究开发能修复和改善损伤组织结构与功能的生物替代物的一门科学,是一个综合细胞生物学、材料科学、生物化学、化学工程、生物医学工程学和移植学等多学科的交叉领域.其主要方法是:将体外培养扩增的正常组织细胞吸附于一种生物相容性良好并可被机体吸收的生物材料上,然后将细胞--生物材料复合物植入体内的受损部位,细胞在生物材料逐渐被机体降解吸收的过程中,形成在形态和功能上与受损组织和器官相一致的替代物,从而达到修复创伤和重建功能的目的.
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结合临床一线,开展临床微生物学科学研究
由广东省生物医学工程学会临床实验医学专业委员会与广东省人民医院联合主办,广东省东莞市医学会临床检验专业委员会、东莞康华医院和中华生物医学工程杂志社承办的"2011年广东省临床实验医学学术交流大会"于2011年3月26～28日在东莞圆满召开.
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六大技巧助医学生提高解剖学实验课学习效率
近年来,医学院校规模不断扩大,在校生逐年增多;同时,随着医学模式的转变以及医学科学的发展,许多新学科如医学行为学、生物医学工程学以及医用电子技术等纷纷以选修或必修的姿态挤进了医学课程设置表,解剖学因学时多而首当其冲地被大量的受到挤压.
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生物陶瓷在口腔领域的应用进展
随着材料科学的发展,生物材料由于具有对机体组织进行修复、替代与再生的特殊功能,已成为当今生物医学工程学中的重要组成部分.由于陶瓷在口腔中的溶解性相当低,而且熔化温度相对较低,制造比较简单,在口腔领域得到了广泛的应用[1].生物陶瓷种植体通常按其在生理环境中发生的生物化学反应被归结为3种类型[2-3],惰性生物陶瓷、表面活性生物陶瓷、可吸收性生物陶瓷,现综述如下.
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生物医学工程学技术在创面修复领域的应用前景
生物医学工程学的研究与开发已被国家列为2020年中长期科技发展规划的重点内容,该领域中的生物材料学与技术、组织工程技术、生物纳米技术、生物感应技术、生物智能技术、生物光子技术的研究和应用,将在今后的20年内更密切地与临床医学结合,新的技术将被广泛地应用于各类疾病的诊断和治疗.在应用科学的这一快速发展期,创伤修复领域也必将引入生物医学工程的知识和技术,使传统的创面修复技术得到创新发展.
