投送一级学科： 生物医学工程 二 级 学 科：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 材料科学与工程（ 一级学科 ）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日填表原件复印件申请须知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）。

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。

A.细胞三维组装机结构B.多喷头细胞三维组装机ⅡC. 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，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 L[18] 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 syndrome, 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β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( Resistin ) [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 [27][28] 。

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 andEngineering Design, Commission on Engineering and Technical Systems, National Research Council.Visionary Manufacturing Challenges for 2020. National Academy Press, Washington, D.C. 1998; P35-6.2. Griffith LG, Swartz MA. Capturing complex 3D tissue physiology in vitro.Nat RevMol 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 al. Three-Dimensional Structures by UsingOptical Tweezers. Angew Chem Int Ed Engl. 2000;39(19):3503-6.5. Fidkowski C, Kaazempur-Mofrad MR, Borenstein J, et al.Endothelializedmicrovasculature based on a biodegradable elastomer.Tissue Eng. 2005;11(1-2):302-9.6. International Workshop for Biomanufacturing, June 29 – July 1, 2005, Tsinghua University,Beijing, China.7. Basu S, Gerchman Y, Collins CH, et al. A synthetic multicellular system for programmedpattern formation. Nature. 2005, 28;434(7037):1130-4.8. Hotary KB, Allen ED, Brooks PC, et al. Membrane type I matrix metalloproteinase生理活动，从而保证系统内 细胞结构和功能完整 主要疾病代谢综合症， 由于代谢的网络性和系统性， 发的需求， 而能量代谢系统组成复杂度和的特性， 同时，对于 21 世纪威胁人类健康的 现有筛选技术更难以满足其药物研 适合于用现有的细胞组装技术来构建usurps tumor growth control imposed by the three-dimensional extracellular matrix. Cell. 2003;114(1):33-45.三、技术路线在全面分析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。