生物矿化指南:医学与临床

本书通过对自然界中各种常见的生物矿化结构及其矿化机制的科学阐述，在人们对生物矿化理解的基础上，充分利用当今技术的发展和学科的交叉，不仅为医学家们，同时也为材料学家们的研究应用于医学领域开辟了新天地。本书分为三大部分共24章，第一部分为骨骼，第二部分为牙齿，第三部分介绍了病理性钙化。其中关键的一点是对硬组织的遗传控制矿化机制的探究。生物矿化的激发与对抑制是两个互补的过程，其导致了一些精妙结构如骨骼或牙齿的产生。在对小鼠模型及各种软组织钙化疾病表型分析的基础之上，人们了解了各种非胶原性蛋白质对矿化的激发与抑制的控制作用，并从中获得一些灵感，从而制造出一些结构完美、功能完善的医用替代产品以满足临床应用。本书适合生物学、化学、医学、药学、材料学及组织工程学等相关领域的师生和科研人员参考使用。

第1部分 骨 骼
第1章骨的矿化：主动或被动过程3
1.1生理性及病理性矿化3
1.2病理性矿化抑制剂 4
1.3生理性矿化激活剂 5
1.4焦磷酸盐的关键作用7
1.5内肽酶 Phex的神秘作用9
1.6结论11
参考文献.12
第2章骨骼形态发生蛋白 16
2.1引言16
2.2骨形态发生蛋白17
2.3 BMP受体的多种Ⅰ型及Ⅱ型受体链19
2.4 BMP及其他 TGF-.样蛋白的基础信号机制.20
2.5受体特异性的生物化学及细胞学基础21
2.6 BMP受体反应的特异性及亲和性的结构基础 23
2.7 BMP-2及 GDF-5变体工程学25
参考文献.27
第3章骨生物力学：骨重塑的建模与计算 29
3.1引言29
3.2生物力学平衡方法 30
3.3有关皮质骨的多尺度计算方法34
3.3.1 纳米-中观闭合控制电路法.35
3.3.2 亚细胞尺度36
3.3.3 微尺度模型（单个骨单位）.37
3.3.4 皮质骨的中尺度模型.37
3.4结论38
参考文献.39
第4章骨内应力与应变的 X射线散射检测40
4.1引言40
4.2背景40
4.2.1 X射线散射40
4.2.2 应变与应力41
4.3方法41
4.3.1 样品与几何学.41
4.3.2 二维散射图案分析43
4.3.3 X射线弹性系数和应变-应力转换.44
4.4数据与分析 45
4.5讨论及未来研究方向 46
参考文献.46
第5章骨质疏松症和骨骼石化症 48
5.1引言：两种有着共同特点的不同疾病48
5.1.1 骨质疏松症、骨骼石化症的临床特点比较48
5.1.2 骨质疏松症和骨骼石化症的骨骼矿物性质比较 50
5.2骨质疏松症和骨骼石化症动物模型 51
5.2.1 骨质疏松症51
5.2.2 骨骼石化症54
5.3骨质疏松症和骨骼石化症的细胞与分子基础58
5.3.1 骨质疏松症58
5.3.2 骨骼石化症59
5.4骨质疏松症和骨骼石化症中的生物矿化 60
参考文献.61
第6章仿生性骨骼替代材料 67
6.1临床需求的骨骼替代材料 67
6.2用于骨骼替代的合成材料 68
6.3陶瓷和骨水泥 69
6.4多聚物70
6.4.1 PMMA基材料70
6.4.2 聚酯基材料71
6.5金属71
6.6复合物71
6.7生物性来源的骨替代 72
6.8合成材料的生物功能 73
6.9一种仿生合成骨替代材料 73
6.10结论及未来发展 74
参考文献.75
第7章植体生物活性检验标准— —模拟体液法79
7.1引言79
7.2 SBF中磷灰石的形成与骨结合活性间的关系79
7.3骨结合活性与 SBF中磷灰石形成能力间的定量关系 81
7.4 SBF中的离子浓度 82
7.5能形成磷灰石的材料 82
7.6磷灰石的成分与结构 83
7.7生物活性材料与骨结合机制 84
7.8磷灰石形成机制85
7.9结论86
参考文献.86
第8章植体上的骨生长模拟 89
8.1引言89
8.1.1 用于植入的仿生材料.89
8.1.2 整合素与 RGD序列 89
8.1.3 作为细胞黏附分子的天然蛋白或合成多肽90
8.1.4 整合素介导的细胞黏附91
8.2经整合素配体表面修饰以改善植体的骨性整合 93
8.2.1 骨移植机制93
8.2.2 植体表面修饰以改善骨性整合94
8.2.3 涂层分子的结构95
8.2.4 植体上整合素配体的成骨细胞黏附与增殖刺激 96
8.3结论.100
参考文献100
第9章细胞及组织对微米和纳米级粒性钛金属及其他材料的生化与病理学反应104
9.1引言.104
9.2材料与方法104
9.2.1 样品104
9.2.2 钛颗粒溶解试验.105
9.2.3 探针细胞.105
9.2.4 细胞对于材料反应的生化分析.105
9.2.5 动物实验.105
9.3结果.106
9.3.1 材料的宏观大小对体内组织反应的影响 106
9.3.2 颗粒大小对生物相容性的影响.106
9.3.3 形状的影响 110
9.3.4 颗粒大小影响的根源 111
9.3.5 生物活性及惰性材料颗粒大小的细胞毒性水平 112
9.3.6 纳米毒理学 113
9.4讨论.115
9.4.1 颗粒的大小依赖性毒性.115
9.4.2 软组织中的颗粒大小依赖性 115
9.4.3 钛铁镍颗粒的比较116
9.4.4 材料的微米/纳米化对生物反应的影响 116
9.4.5 有关纳米毒理学的专业术语 117
参考文献117
第10章骨骼组织工程119
10.1 组织工程 119
10.2 骨组织工程的一些要素 120
10.2.1 成骨细胞121
10.2.2 骨髓细胞121
10.2.3 骨髓派生干细胞121
10.2.4 血管细胞122
10.2.5 架构设计及细胞相容性122
10.2.6 生物反应器.122
10.2.7 体外的细胞刺激123
10.3 骨组织工程中的体内和体外骨骼矿化 124
10.3.1 ECM生物矿化原理 124
10.3.2 骨骼形成原理124
10.3.3 体外生物矿化特点.125
10.4 临床要求 126
10.5 未来发展 126
参考文献127
第2部分 牙 齿
第11章牙齿的形成 131
11.1引言131
11.2牙齿的发生 132
11.2.1 牙齿发生中涉及的基因 134
11.2.2 干细胞135
11.3牙本质发生 135
11.3.1 罩牙本质和髓周牙本质 136
11.3.2 管间牙本质.137
11.3.3 管周牙本质.138
11.4牙釉质发生 140
11.5牙骨质发生 141
11.5.1 无细胞外源性纤维牙骨质（AEFC）.142
11.5.2 有细胞固有纤维牙骨质（CIFC） 143
11.5.3 有细胞混合性分层牙骨质（ CMSC）.143
11.5.4 无细胞固有纤维牙骨质（AIFC） 143
参考文献143
第12章牙结构：人的牙釉质晶体结构 146
12.1 引言146
12.2 HRTEM观察 146
12.3 AFM观察148
12.4 讨论149
12.5 结论149
参考文献150
第13章人牙的设计策略：生物力学适应 151
13.1 引言151
13.2 承载下的牙齿变形 152
13.3 釉帽的机械行为 158
13.4 承载下牙冠牙本质的作用 160
13.5 牙根及其支持结构的作用 162
13.6 广泛应用及总结 164
参考文献165
第14章临床上的牙疾病及其治疗 168
14.1 引言168
14.2 牙齿发育及发育异常170
14.2.1 早期矿化的发育特点及元素分析170
14.2.2 异常发育172
14.3 龋齿173
14.4 牙周疾病 176
14.5 牙损伤.180
14.5.1 急性牙损伤.180
14.5.2 慢性牙损伤.180
参考文献181
第15章龋齿的矿物含量变化183
15.1 引言183
15.2 牙釉质龋变 183
15.3 牙本质龋变 184
15.4 牙本质龋变中的矿物变化 184
15.4.1 横向显微放射照相术185
15.4.2 TMR研究 186
15.5 光诱导荧光量化分析187
15.5.1 QLF体外研究 189
15.5.2 QLF体内研究 191
参考文献194
第16章牙周再生 196
16.1 定义196
16.2 牙周创伤愈合196
16.2.1 创伤愈合原则196
16.2.2 隔室化197
16.2.3 再生评估197
16.3 再生中运用的技术 197
16.3.1 牙根表面矿化197
16.3.2 植骨替代材料198
16.3.3 引导性组织再生201
16.3.4 生物改良剂.203
16.4 影响 GTR成功的因素 204
16.4.1 患者因素205
16.4.2 缺损/局部因素205
16.4.3 治疗因素206
16.4.4 术后护理206
16.5 手术原则 206
16.5.1 牙根分叉病变206
16.5.2 骨内缺损207
16.5.3 牙根覆盖207
16.5.4 手术技术207
16.6 结论211
参考文献211
第17章牙组织工程 217
17.1 引言217
17.2 三体构造 217
17.2.1 牙髓干细胞/祖细胞217
17.2.2 形态发生信号——BMP220
17.2.3 架构.221
17.3 牙本质再生 222
17.3.1 蛋白疗法222
17.3.2 基因疗法222
17.4 牙髓再生 225
17.4.1 血管发生225
17.4.2 神经发生226
17.5 整牙再生 226
17.6 结论及未来展望 227
参考文献227
第3部分 病理性钙化
第18章病理性钙化 233
18.1 引言233
18.1.1 病理性钙化案例233
18.1.2 钙化的调节.234
18.2 异位骨化 235
18.2.1 截瘫患者溃疡中的钙化235
18.2.2 肺的钙化236
18.3 血管骨化：动脉硬化238
18.3.1 动脉钙化238
18.3.2 动脉骨化240
18.3.3 人主动脉动脉硬化斑块的特点 241
18.4 人造血管的钙化 242
18.4.1 慢性肾病-透析及血管钙化与动静脉旁路242
18.4.2 人造植入体的骨化.243
18.5 结论245
参考文献245
第19章从细胞方面看动脉粥样硬化247
19.1 引言247
19.2 血管钙化中的 VSMC的作用248
19.2.1 凋亡小体及囊泡的释放248
19.2.2 吞噬作用250
……