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现代力学生物学与生物医学工程的发展
 

  本次论坛由上海交通大学承办,主题为"力学生物学于与医学工程"。中国工程院院士、上海第二医科大学附属第九人民医院临床医学院院长戴尅戎教授和上海交通大学医学院姜宗来教授共同主持了本次会议。

一、会议背景

  生物力学不仅是力学的一个分支,而且是生物医学工程的一个重要组成部分。力学因素影响机体整体、器官、组织、细胞和分子各层次的生物学过程。上世纪九十年代以来,生物力学研究深入到细胞水平,应力—生长关系以及细胞力学行为如粘附与运动等成了研究的焦点,逐渐形成了一个新兴的交叉学科"力学生物学(mechanobiology"。力学生物学是研究力学环境(刺激)对生物体健康、疾病或损伤的影响,研究生物体的力学信号感受和响应机制,阐明机体的力学过程与生物学过程,如:生长、重建、适应性变化和修复等之间的相互关系,从而发展有疗效的或有诊断意义的新技术。
  在国外,力学生物学研究刚刚起步,欧美国家已有院校建立了该领域的实验室,召开了国际会议,20026月创刊了该专业的杂志"Biomechanics and Modeling in Mechanobiology",由著名的学术出版机构Spriger出版社出版,今年刚发行到第3卷。该杂志创刊之初,世界著名生物力学大师、中国科学院首批外籍院士、美国国家科学院院士、美国国家工程院院士、美国国家医学科学院院士Y.C.Yung(冯元桢)教授专门撰文祝贺。在国内,北京大学、四川大学和重庆大学等少数几个实验室有力学生物学方面的研究工作。2003年上海交通大学在国家"985"重点建设项目支持下,建立了"力学生物学与医学工程实验室",其主要研究领域为力学生物学与心血管疾病;组织工程;骨关节、口腔颌面正畸整形与修复;人工关节;临床辅助诊断和预警的力学指标体系;基于临床资料的力学建模与计算机辅助的个体化治疗方案设计等。该实验室目前正承担国家自然科学基金重点项目,在血管力学生物学研究方面起步早,实验装备、研究成果及水平均属国内领先。2004年上海交通大学率先设置的"力学生物学与医学工程"二级学科博士点,培养具有医学、生物和工程学科交叉创新能力的基础研究和临床研究的高级人才,熟悉应用力学与工程技术的思路及方法解决医学中的问题,适合于在科研机构、高校、医院及企业从事研究、教学、临床和开发新产品等工作。
  力学生物学作为一门新兴的交叉学科,不仅追求新现象、新规律的发现,更重视发明和创造。它不拘泥于力学的追求,而要深入到临床医学工程。当前,医疗费用恶性膨胀所致的全球性医疗危机必然导致医学目的的调整,医学发展的战略优先将从单纯以"治愈疾病""预防疾病和损伤,维持和提高健康"转移,由被动反应的传统医学模式向预防性、预测性和个性化的系统生物医学模式转变,而在现代疾病模式(心身失调和退行性变化所致的疾病为主)下,"预防疾病和损伤"需要全新的概念、原理、方法、技术和装置,在这方面力学生物学与医学工程是大有可为的。个性化医疗需要生物医学工程为它提供新概念、新方法、新技术和新装置。医学和工程科学的系统建模、定量分析相结合的研究,从骨关节、口腔学科向其它领域扩展和深入。生物医学工程的一些新生领域,如组织工程、生物功能材料、生物芯片、新型生物传感器等,也为力学生物学的发展提供了新机会、新导向。目前,科研机构、高校、医院、生物医药、生物技术企业都需要具有医学、生物和工程学科交叉创新能力的力学生物学人才,在研究、教学、临床和开发新产品工作中发挥作用。
  本次学术研讨会旨在综合性地回顾国内外力学生物学的研究成果,通过自由讨论,提出力学生物学前瞻性的发展新方向,促进生物学、医学、力学和工程学科的交叉和融合,促进我国力学生物学与医学工程学科的发展。 


二、会议简况

   东方科技论坛理事会理事长、上海市科委副主任丁文江教授、上海交通大学副校长张文军教授、中国力学学会副理事长、上海市力学学会理事长沈为平教授出席了开幕式并分别致辞。他们表示希望通过此次论坛,加强海内外科学家的交流、合作,促进生物学、医学、力学和工程学科的交叉和融合,推动我国力学生物学与医学工程学科的发展。
  美国国家科学院院士、美国国家工程院院士、美国国家医学科学院院士Shu Chien(钱旭)教授、中国工程院俞梦孙院士、陈亚珠院士、戴尅戎院士、中国生物医学工程学会副理事长陶祖莱教授以及来自美国佐治亚理工大学、香港理工大学、中科院力学研究所、北京大学、清华大学、中国中医研究院中药研究所、北京航空航天大学、北京工业大学、军事医学科学院、航空医学研究所、四川大学、重庆大学、第三军医大学、太原理工大学、长安大学、中山大学、华南理工大学、吉林大学、复旦大学、同济大学、上海第二医科大学、上海体育科学研究所、上海交通大学等单位的约40位专家、学者出席了会议。与会专家均为国内外在力学生物学和医学工程领域贡献颇丰的学者。老、中、青共聚一堂,其中以优秀中青年专家居多,有美国总统奖获得者、长江学者和国家杰出青年基金获得者等。
  会上十多位专家先后就力学生物学与医学工程领域的研究进展和发展趋势作了精彩的专题报告。同时,围绕力学生物学与医学工程中的新思维、新方法以及前瞻性的发展新方向展开了深入探讨,学术氛围浓厚。
  会议期间,与会代表还参观了上海交通大学闵行校区力学生物学与医学工程实验室。 


三、会议内容

  美国国家科学院院士、美国国家工程院院士、美国国家医学院院士、美国圣迭戈加利福尼亚大学生物工程系Shu Chien(钱旭)教授作了题为"心血管力学生物学的新进展与瞻望"的总评述报告。随着分子生物学与细胞生物学以及人类基因组的发展,关于生物力学的研究已经从器官—组织水平深入到细胞、分子、基因水平的研究。现代实验技术的发展使得我们对生物体的生物力学特性进行多方面、各层次的研究成为可能。钱旭院士在报告中详细介绍了他领导的研究所在细胞力学生物学研究中采用的新技术、新方法,例如Laser Trap and Scissors SystemFRET(荧光谐振能量传递)等,展示了切应力诱导的血管内皮细胞与迁移相关的信号传导途径的最新研究成果。他指出:生物体的结构和功能决定了其力学特性,而力学特性也能反过来调节生物体的结构和功能,使它发生适应性的改变,如血管重建等。因此,力学生物学的发展需要综合化、一体化。这体现在生物学与力学的统一,实验与理论的统一,研究与教学的统一。力学生物学需要在生物系统的各个层面上整合,包括基因—分子水平、细胞—组织水平,进而达到器官—系统水平的整合,以及基础研究与应用于工业、临床医学领域的整合。他相信最终力学生物学会为疾病的诊断、治疗和预防提供新方法,从而改善人民健康,服务于全社会。
  上海第二医科大学附属第九人民医院临床医学院戴尅戎院士作了题为"力学生物学——骨与软骨研究的新途径"的评述报告。他首先简单介绍了早期生物力学研究手段,指出:这种近似分析几乎忽略了生物体与非生物体的本质差别。近年来兴起的力学生物学可以说是一种逆向生物力学研究,该研究重心从力学移到生物学,侧重于研究机械力如何调控组织的形态和结构,即研究组织是如何通过细胞对力学刺激的反馈,生成并维持其形态结构,使之适应环境改变。戴尅戎院士认为:力学生物学的研究内容至少包括三个方面:机械力如何传导至组织内;细胞如何感受信号刺激;信号如何刺激细胞的表达和分化。他以骨和软骨组织为例,阐述了研究力学生物学的重要性和科学意义,同时还指出临床应用的价值在于推动功能性组织工程的发展和对力学相关疾病如骨折、骨关节炎、骨质疏松等的机理与防治提供指导。
  航空医学研究所俞梦孙院士作了题为"研究医学问题的工程科学路线——BME(生物医学工程)创新途径"的评述报告。他认为:生物医学工程是用工程科学的原理和方法与生命科学的原理和方法相结合,认识人的生命运动规律,发展相应的技术和装置,应用于医学,研究医学问题的一般规律,促进人类健康。他强调在创新过程中要充分意识到创新不会单独存在,它一定是伴随性的,是在知识积累、不断实践和积极思考的过程中产生的。所以不要单纯、刻意地去追求创新。创新是在解决问题的实践过程中产生的新思路、新方法和新成果。计划出来的科研项目往往缺乏创新,常常水平有限。而高水平的有创造性的科研常常是在日常科技工作中突然冒出来的。创新成果有发现和发明两类,发现是对事物的规律有新的进一步的认识;发明是解决问题的一种新的方案。两者常常是互相结合的,经常在前者的基础上产生了后者。而后他介绍了几项研究成果:研制中国第一套多道生理遥测装置;从心电图中提取呼吸运动信号;心电Holter技术的中国条件的解决方案;用床垫信号测量睡眠结构和呼吸事件;逐拍动脉血压测量技术的个体化校正方案等。最后,他总结了两点体会:一是要真正的理解那些最基本的理论,灵活运用这些规律和知识,加上不断的实践是创新取之不尽的源泉;二是敢于在有理论根据的前提下打破常规地去设想,去实践。
  上海交通大学医学院力学生物学与医学工程实验室姜宗来教授作了题为"心血管力学生物学与系统生物医学研究"的评述报告。他指出:力学生物学(mechanobiology)是研究力学环境(刺激)对生物体健康、疾病或损伤的影响,研究生物体的力学信号感受和响应机制,阐明机体的力学过程与生物学过程如生长、重建、适应性变化和修复等之间的相互关系,从而发展有疗效的或有诊断意义的新技术。而物体是处在力学环境之中,力学因素影响机体整体、器官、组织、细胞和分子各层次的生物学过程。例如,心血管系统就是一个以心(机械泵)为中心的力学系统。姜宗来教授在报告中提出:"力学生物学"这一新兴交叉学科的概念和研究范围,强调了力学生物学研究在探讨心血管疾病发病机制中的重要作用。以人类基因组计划的实施和完成为标志,生命科学从分子生物学的时代开始进入系统生物学的时代。运用系统生物学医学的理论和技术,研究疾病信号传导通路、网络调控、代谢产物及分子靶标,将成为未来医学基础研究的主导方向。因此,心血管力学生物学与系统生物医学的研究对于揭示正常血液循环的力学机理,认识血管生长、衰老的自然规律,以及阐明血管疾病的发病机理并提供诊断、治疗的一些基本原理都将有重要的理论和实际意义。他在报告中还介绍了他领导的实验室在心血管力学生物学领域的研究成果,包括低切应力动脉粥样硬化动物模型、血管器官应力培养模型、血管细胞应力培养模型、不同构形血管的血液流动和血管壁切应力的分布特征、动脉壁切应力和周向应力的协同作用等。最后,他表示应在心血管力学生物学研究中"阐明一些机制、发展一批技术、建立一个平台、巩固一支队伍"的期望。
  上海交通大学生命科学技术学院陈亚珠院士作了题为"对发展我国数字医学工程产业的几点思考"的评述报告。医学工程产业是一个极具发展前途的朝阳产业。面对科技高速发展的今天,多学科的融合交叉创新使医学工程(包括医疗及其设备)有了空前的发展与进步,特别令人瞩目的是"精密化""数字化",反映了它的进步和飞跃。而数字化医疗设备产业又被认为是21世纪最有发展前景的产业之一,全球每年销售额为600亿美元,年增幅约为10%,去年中国医疗器械或设备市场达548亿人民币,其中数字化医疗设备占一半,而且以20%以上速度递增。面对科技高速发展的今天,作为应用基础研究或应用科学的人来说如何寻找突破口?面对医疗产业市场跨国公司全球本土化和本土全球化的策略,我国应该怎样走自己的路?针对上述两个急需思考的问题,陈亚珠院士提出了两点建议:1、发挥学科间的优势互补,真正做到医疗技术的融合、集成、创新和发展,使多种治疗方法和技术及设备形成优势互补的复合式、一体化的新技术;2、提升自主科研、开发和创新能力,加大研发投入力度,无疑应是每个医疗产品开发商的必经之路。另外,就我国医疗市场来看陈亚珠院士认为具有巨大的潜力和广阔的空间。首先,我国拥有13亿人口,30多万个医疗机构,市级以上医院16800个;其次,有三级甲等医院600多个,县级和县级以下诊所20万个,卫生院45万个;第三,目前市场容量达650700亿人民币。因此,可以预见在今后的510年内,该领域可突破1500亿人民币。这些足以说明中国的发展空间巨大,肩负着为国为民的重任,需要我们的付出和拼搏;面对与我国人民健康和生活水平密切相关的形势,需要我们的共同崛起,机遇和挑战共存,需要我们发挥政府、企业和科研院所的优势,各尽其责,各尽所能。
  中科院力学研究所陶祖莱教授作了题为"组织工程中的生物力学问题"的评述报告。报告强调指出:在细胞/组织离体培养的过程中,若不施加一定的力学刺激,就得不到具有所需要功能的组织。而怎样施加适当的力学刺激才能获得具有特定功能的组织,是组织工程化培养(产业化)的关键科学技术问题之一。这一关键技术的突破需要以一系列生物力学和生物力学工程问题的解决为前提。他提出:生物力学(应力—生长)贯穿、渗透于整个组织工程领域,组织工程要求学科交叉、融合,并认为在交叉学科里,只有失去自我,才能重新塑造自我。组织工程为21世纪力学生物学的发展提供了新天地。
  美国佐治亚理工大学生物医学工程系朱承教授作了题为"细胞与分子力学新进展"的评述报告。对于细胞分子与力学前瞻性的发展新方向这一问题,朱承教授则认为:预测是很难的,预测未来更是如此,要预测未来先要回顾过去,温故知新。细胞力学与生物力学同龄,细胞力学/工程成为生物力学/工程的重要组成部分,细胞分子生物学的发展促进和带动了细胞分子力学的发展。他介绍了目前细胞与分子力学领域活跃的课题方向,包括:细胞自主运动、组织工程/再生医学中的细胞与分子力学、力学生物学中的细胞与分子力学、生物分子机器等,强调力学性质的研究向更广、更深、更细、更全面的方向发展。朱承教授提出:细胞分子与力学前瞻性的发展新方向是生命科学和医学的发展(后基因组时代的生命科学和医学;蛋白组学、结构生物学、发育生物学、神经生物学;定量生物学、系统生物学;组织工程/再生医学)、实验技术与研究方法的发展(DNA阵列、蛋白阵列、生物芯片,包括检测与分析;纳米科技、微机电科技,包括制备与操纵;影像技术,包括型态与功能;数字技术、信息技术、微电子技术、计算机技术)、其它学科对细胞与分子力学的渗透、交叉和融合(数学、统计物理→生物信息学)。
  上海交通大学机械学院生命质量与机械工程研究所王成焘教授作了题为"骨组织生物力学研究及其进展"的报告。该项研究的目的在于:建立含下肢骨骼、关节、肌肉与韧带的生物力学系统模型;可用于下肢运动学与动力学分析;建立完整的下肢骨骼有限元模型,用于各种运动状态下的天然骨的应力分析;可植入人工髋、膝关节假体,对"骨—关节—假体"进行应力学分析。王成焘教授重点介绍了近20年来围绕骨和关节组织生物力学问题所开展的和临床密切相关的研究工作,如将生物力学、特别是有限元分析手段应用于临床医学中,对假体设计、脊柱侧弯力学矫正、拇外翻的力学机理、唇额裂、齿科正畸进行的应力分析,使临床医学和生物力学紧密结合成一体,形成临床生物力学新的医学分支等。在此研究工作基础上,展望未来生物力学发展提出了进一步的研究课题:1、虚拟力学人研究——建立了人体全身的骨骼几何学模型,全身的肌肉模型,构成一个完整的人体全身生物力学系统,用该系统可以仿人体的各种运动行为和操作行为,计算出在一个行为过程中人体各部分的受力和各部分的应力状态,构建一个各个学科领域应用的人体生物力学平台。这一个平台将会在全世界生物力学研究者的共同努力下不断完善、不断深化,仿真的程度不断提高;2、组合式假体生物力学问题的研究——将现有人工材料假体和组织工程手段相结合,把人工材料假体构成部分降低到恰好满足早期临床功能重建的需求,而把组织工程培养的体外过程移植到体内培养,对于这样一种复合式的人工假体,生物力学起着重要的作用,它不仅需要满足假体早期承载功能,还要创造组织工程化组成部分的应力环境,形成一种专门的设计技术;3、人体摩擦学研究——进一步研究人体软组织之间的摩擦学行为,包括关节软骨面之间的摩擦力学问题;心脏、肺、胃等体内运动器官和周边静止部分界面的摩擦力学问题;红血球和微血管壁之间的摩擦力学问题;以及在人体环境下各种内植物的摩擦力学问题,它将是各种植入人体内的人工假体以及组织工程化假体设计中必须掌握的重要知识;4、临床生物力学研究——随着力学建模和分析手段的不断提高,人们将会越来越深入和精确的利用人体组织生长、病变和力学的关系,通过力学手段进行某些疾病的治疗,不仅会促成临床生物力学分支的发展,还会形成一系列的相关医疗设备和器械。运用生物力学知识和手段进行临床治疗将是未来临床医学的重要方向;5、通过生物力学手段研究人类演变的过程——人类从猿到人的演变,一个重要特征是骨骼形态的变化,即骨骼形态由俯姿到立姿的变化,这和人类的劳动生存姿态由俯姿到立姿密切相关,这是一个力学过程。有关应力与骨生长研究的成果将从生物力学角度对这一长期历史演化过程作出力学仿真等。
  香港理工大学康复科技中心张明教授作了题为"肢体康复治疗与医学工程研究"的报告。肢体康复已成为健康医疗保健的重要部分,其服务对象包括肢体残疾人和部分老年人。据抽样调查推算,我国约有6000万残疾人,其中单纯肢体残疾约为877万;如果将所有残疾人中的肢体残疾累计在内,则肢体残疾人共计约1100多万。因此,肢体康复的目的就是为了最大限度地恢复失去的支撑及运动功能,及通过辅助技术提高独立生活(或生活自理)的能力。同时,也有利于提高残疾人及老年人生活质量,减轻家庭及社会的负担,反映社会发展的水平。医学工程的作用是设计出先进的用于治疗医疗,监测评估,辅助防护方面的先进设备及器材,并协助医师及治疗师制定康复治疗及辅助方案。张明教授指出:在诸多的肢体康复设计中,关键的问题是支撑界面的设计,康复器具的设计必须以生物力学为理论指导。界面生物力学,结合人机工程,行为科学,利用运动步态分析系统,力及应力的测量,肌电分析,及计算机模拟才能成功设计出满足功能要求并同时舒适的康复器具。肢体康复需要生物力学工程!
  上海交通大学BioX生命科学研究中心胡钧教授作了题为"DNA'分子手术'中的纳米学问题"的报告。DNA"分子手术"是指以机械方法和力学原理为基础,利用纳米操纵技术(如原子力显微镜技术),希望达到对单个DNA分子进行定位的切割、移动、折叠、修饰、缝合、导入等,能够实现自然或者常规分子生物学方法无法实现的操作。最近几年,利用原子力显微镜操纵纳米颗粒、纳米碳管的技术日渐成熟。但是,针对生物分子的纳米操纵,还存在诸多问题。一方面,由于生物分子与AFM针尖的相互作用比较复杂,使得精确可控的操纵比较困难。另一方面,由于缺乏对生物分子力学性质的研究基础,使得操纵时力学量的控制与选择比较困难。其中,DNA分子在外力作用下如何相变、断裂以及折叠,是一个纳米生物力学问题,也是DNA"分子手术"技术中的核心基础科学问题。胡钧教授以他的研究小组近年来的探索和研究工作为基础,介绍了DNA"分子手术"的主要技术组成,提出并讨论了所涉及的纳米力学问题,包括如何克服生物分子与AFM(原子力显微镜)针尖复杂的相互作用,从而使得操纵精确可控以及在单个DNA分子上实现精确的纳米切割、分离以及随后的单分子PCR扩增中所面临的很多技术问题。
  北京航空航天大学生物工程系樊瑜波教授作了题为"力学生物学研究的细胞力学加载技术进展"的报告。力学生物学是细胞、组织工程的基础之一。在细胞离体培养过程中,对细胞施加不同的机械力以研究应力对细胞的影响是力学生物学的重要研究内容。近年来,有关生物组织应力—生长关系的研究表明,从器官、组织到细胞、亚细胞等各个层次上的生命运动都是在一定力学环境中进行的。樊瑜波教授介绍了在离体培养细胞的力学加载实验技术研究领域多种离体培养细胞的力学实验方法,它们不仅可以定性地分析,而且能定量地研究细胞的力学特性。另一方面,在组织工程领域,组织工程生物反应器(Tissue Engineering Bioreactor)的角色至关重要。报告中他结合近年来在此领域的有关研究工作重点介绍了近生理动脈脉动流流室系统、细胞张应变、细胞压应力实验和一类组织工程生物反应器等力学生物学研究的细胞力学加载技术的进展。
  中科院力学研究所龙勉研究员作了题为"关于我国生物力学'十一五'发展的一点想法"的报告。生物力学经过近四十年的发展,形成了包罗众多生命现象的研究领域,其多分支学科随着学科发展、认知的深化、研究视角的不同而不断发展。据龙勉研究员介绍数理学部19862004年间,力学学科资助生物力学项目为118项,呈逐年增加趋势,其中63%的资助项目集中在国内主要的生物力学研究基地,19992004年间,生物力学资助率为27%,略高于力学学科平均水平。而资助项目主要分布在细胞—分子生物力学、组织工程的生物力学问题、硬/软组织力学、血流动力学与血液流变学及其它领域(仿生力学、生物材料、运动生物力学、微重力生物学等)。其中,早期(8090年代)资助项目主要分布在硬/软组织力学、血流动力学与血液流变学等领域,而近期(2000—现在)资助项目主要分布胞—分子生物力学、组织工程等领域,符合世界生物力学发展规律。而生命学部19882004年间,生物物理与生物医学工程学科资助生物力学和生物流变学项目133项,呈相对平衡趋势,19921996年间和2002年—现在略有增加,其中74%的资助项目在国内主要且具有较好交叉学科设置的生物力学研究基地,生物力学和生物流变学的资助率均高于生物物理与生物医学工程学科的平均资助率。资助项目分布除具有与数理学部力学学科相似的特点以外,一个重要的特点是生命科学与力学和流变学交叉与融合的项目相对集中,从资助排名靠前的单位中医学和生物学单位占大部分中可见一斑,这在另一层面上体现了世界生物力学发展趋势。该领域在"十一五"究竟如何发展,龙勉研究员提出了如下的思路:1、优先发展领域:1)生物力学发展的前沿领域及重要科学问题——细胞—分子力学与工程;器官—组织力学与工程;骨骼—肌肉—关节力学与工程;生物力学新概念、新技术与新方法。2)生物、生灵、仿生、杂交材料体系的力学——从原子尺度来研究生物材料和纳米结构生灵材料的基本变形和破坏的微观机制;功能性仿生材料与器件的力学性质、生物相容性及其功能性,人工仿生材料和康复器械的力学设计;生物材料的力—电—磁耦合场行为、与化学力之间的关系;具有生物分子的流固界面层的纳米力学;发展自组装技术来实现生物纳米结构的制备与复制。3)仿生流体力学——仿生流体力学是一门快速发展的新型交叉学科,它涉及小尺度非定常空气动力学和主动变形变位边界的耦合问题。2、特殊支持领域或方向:人类健康科学领域的力学问题——疾病检测方法与诊断技术(如生物芯片与生物微系统、磁力共振技术、病毒冲击打靶技术等);医疗仪器的传感技术与采集分析软件技术;医学材料力学设计、制备与表征方法;人体健康环境发生机理、预报与控制;基于数学力学基础上的公共卫生与健康的统计模型与数值模拟方法;药物力学即涉及生物大分子—配体小分子相互作用的热力学、动力学;应力与生长的关系及应用。同时,他提出了几点建议:在生物力学学科布局国家重点实验室;基金资助思路和措施应该更加具有包容性;基金资助连续性有所改善,但仍需加强;逐步提升基金申请书质量。
  北京航空航天大学生物工程系邓小燕教授作了题为"血液循环系统生物力学研究中的几个重要课题"的报告。报告列举了5个血液循环系统生物力学研究的重要问题:1、动脉系统中的物质输运。该项研究结果表明,血流动力学因素在动脉粥样硬化局部性现象中起着非常重要的作用。为此,专家们提出了一个脂质浓度极化动脉粥样硬化血流动力学成因的理论。需要进行的工作是:设计相关的实验,弄清在脂质(LDL)壁面浓度与流动壁面剪切应力因素中,哪个因素对脂质渗入动脉血管壁内的影响更大,以及脂质(LDL)在血管壁内沉积的传输途径等;2、动脉系统中的旋转流动现象。主动脉弓处血流的旋动是大自然巧夺天工的设计,是升主动脉血管管壁光滑冲刷以防止动脉粥样硬化形成的保证。需要进行的工作是:从基础研究和临床应用基础研究两个层面上来研究这一血液的流动现象,研究是否能将此现象应用到临床医学中去?有待于进一步探讨;3、个性化心血管手术的计算机优化设计。它不仅仅局限于动脉旁路搭桥术,还将包括其它心血管外科或介入手术,诸如血管内支架的植入、动脉瘤的手术治疗等;4、胚胎滋养层细胞在子宫脉管系统逆血流迁移的血流动力学研究。胚胎滋养层(TC)细胞对子宫内膜的入侵至关重要,它是子宫脉管系统进行重构的必须条件。那么,滋养层细胞在血管中移动的方向性是由什么决定的?它们逆血流而上的动力或者说它们逆血流而上的方式是什么?对于滋养层细胞对子宫入侵整个过程等问题,至今还没人做过系统的研究,给出明确答案;5、低温条件下心肌细胞结构功能改变与其力学行为的相关性研究。希望建立心肌细胞低温加载试验技术和方法,并在生物力学基础理论指导下,探索低温条件下心肌细胞结构功能变化中存在的力学问题,制定出更有效的心肌细胞抗冷冻损伤对策。
  最后会议执行主席、上海交通大学医学院姜宗来教授作了总结发言。他认为:本次学术研讨会议开的非常成功,圆满地完成了各项议程,是一次高效务实的会议。专家们从不同角度和层面,阐述了力学生物学与医学工程在医学和生物学发展中的重要作用、发展趋势和广阔的发展前景,并深入讨论、交流了新思维、新方法,提出了许多好的建议和设想,相信本次论坛对我国力学生物学与医学工程学科的发展会产生深远影响。 


四、会议目的及收益

   本次论坛以"力学生物学与医学工程"Mechanobiology and Medical Engineering)为主题,旨在综合性地回顾国内外力学生物学的研究成果,通过自由讨论,提出力学生物学前瞻性的发展新方向,促进生物学、医学、力学和工程学科的交叉和融合,为探索研究生命现象的本质以及疾病发生发展的规律和防治提供力学生物学与工程学的新思维和新方法,为我国重大基础性研究课题提供理论储备和立项准备,促进我国力学生物学与医学工程学科的发展。
  通过本次论坛十多个精彩专题报告的交流和广泛而深入的讨论,与会代表更进一步了解了力学生物学与医学工程领域各专业方向的最新发展动态。在这次医学、生物学、力学和工程学科各个领域的专家、学者之间的直接对话中,专家们畅所欲言,气氛热烈,探讨了研究生命现象以及疾病防治的力学生物学与工程学新思维和新方法,明确了力学生物学与医学工程这一新兴交叉学科的发展趋势与前景,加强了我国科学家的国际交流与合作,促进了力学生物学与医学工程学科与国际研究水平接轨,使之更快地达到一个新的高度,会议达到了预期目的。 


五、专家共识和建议

  力学生物学和医学工程是21世纪医学和生物学发展中的重要研究课题之一,许多奥秘还有待于我们科研人员去进一步探索,这是与会专家经过两天的学术研讨达成的共识。为了更好地、更有效地开展这方面的工作,专家们建议如下:
  1、力学生物学是新兴的学科领域,国外也刚刚起步,但在许多方面的研究已经取得了令人瞩目的成果。该学科在我国与国外几乎同时起步,近几年虽然也有发展,但由于人员、资金投入等方面的原因,发展速度和水平与西方国家仍存在一定的差距。政府有关部门应抓住当前发展力学生物学的有利时机,加大对这一领域的支持力度,并在这一学科设置重点实验室,以利于集中优势重点发展,使之达到国际领先水平。
  2、医学工程的研究在我国有着良好的基础,随着电子学、材料学、工程力学、信息科学等多种学科的进步并广泛应用于医学和生物学领域,形成了新的高技术产业领域,包括医学材料制品、人工器官、医学影像和诊断设备、医学电子仪器和监护装置、现代医学治疗设备、医学信息技术、康复工程技术和装置、组织工程等,是一个极具发展前途的朝阳产业,应大力推广。
  3、目前急需具有医学、生物和工程学科交叉创新能力的力学生物学人才,在研究、教学、临床和开发新产品工作中发挥作用。而上海地区集中了我国医学、生命科学和数理、工程学科的优势力量,有着发展力学生物学与医学工程的优厚条件。与会代表希望上海市科委发挥组织、领导作用,加强资源整合和力量重组,突出重点,加大支持力度,寻找发展有中国特色的力学生物学与医学工程研究的突破口,为提高我国人民的医疗保健水平做出更大的贡献,努力使中国成为国际一流的生物医学工程研究中心。

 

 
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