生物制造—還殘損生命以完整

工作中的史廷春

由于先天殘疾或者后天病變而導(dǎo)致的器官缺失或損傷，嚴(yán)重影響著患者的生活質(zhì)量，雖然目前有器官移植這一方式，但是由于難以等到適合的器官或者存在排異反應(yīng)，使得器官移植的境況也并不是很樂(lè)觀。很多人或許都幻想過(guò)以患者的某些細(xì)胞為原料，人工“制造”出合適的器官，并為患者移植。這聽(tīng)起來(lái)很簡(jiǎn)單，但是因?yàn)樯w的神秘以及結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，要想達(dá)到“再造”人體器官的目標(biāo)，可不是一件容易的事。然而，國(guó)外某研究機(jī)構(gòu)宣布研制出能夠“打印”血管的機(jī)器，讓人為之精神振奮，仿佛離再造器官的夢(mèng)想近了一步。有人從“生命完全是物理化學(xué)的產(chǎn)物”這一哲學(xué)理念出發(fā)，認(rèn)為任何復(fù)雜的生命現(xiàn)象都可以用物理、化學(xué)的理論和方法在人工條件下實(shí)現(xiàn)。姑且不論這個(gè)觀點(diǎn)是否有太過(guò)自信的嫌疑，其中蘊(yùn)涵的新思想，卻啟發(fā)著人們進(jìn)行深入的探索和研究。

運(yùn)用生命科學(xué)的原理和方法以及現(xiàn)代制造科學(xué)，通過(guò)單個(gè)細(xì)胞和細(xì)胞團(tuán)簇的直接和間接受控組裝，完成具有新陳代謝特征的生命體成形和制造，經(jīng)過(guò)培養(yǎng)和訓(xùn)練，用以修復(fù)或替代人體病損的組織和器官，這一復(fù)雜過(guò)程就被稱(chēng)為“生物制造”。生物制造這一概念被提出的時(shí)間并不長(zhǎng)，在上世紀(jì)90年代末才有學(xué)者明確提出，但是其發(fā)展速度卻是飛快的。我國(guó)這方面的研究起步也很早，早在1997年，我國(guó)就有學(xué)者在裸鼠背上成功再生人耳廓形狀的軟骨，從而展示了組織工程技術(shù)“再生”人體組織、修復(fù)缺損的可能性。十多年過(guò)去，生物制造越來(lái)越受到人們的關(guān)注，相關(guān)研究工作風(fēng)生水起。

2006年，杭州電子科技大學(xué)成立生物制造研究中心，正式加入生物制造研究隊(duì)伍。史廷春教授就是在2006年1月來(lái)到杭州電子科技大學(xué)，擔(dān)任生物制造研究中心的規(guī)劃和建設(shè)負(fù)責(zé)人和中心副主任。中心主要負(fù)責(zé)開(kāi)展生物制造、藥物篩選以及生物芯片的研究工作。

史廷春1987年畢業(yè)于河北工學(xué)院機(jī)械系，后分別于1991年和1999年兩度考入清華大學(xué)，獲得碩士和博士學(xué)位。在博士研究生階段，他開(kāi)始從事生物制造方面的研究。目前他的研究主要集中在兩個(gè)方面：一是以生物可降解材料進(jìn)行的組織和器官制造，二是以不降解材料進(jìn)行的人工軟骨替代研究，并主持了國(guó)家自然科學(xué)基金、浙江省自然科學(xué)基金和浙江省科技廳公益項(xiàng)目等重要科研項(xiàng)目。其中，國(guó)家自然科學(xué)基金資助的項(xiàng)目是人工脊髓支架的研究，研究旨在尋求一種具有多孔結(jié)構(gòu)、可降解、為脊髓損傷提供種子細(xì)胞繁衍、代謝理想環(huán)境的橋接替代物，以促進(jìn)脊髓損傷的功能恢復(fù)；浙江省科技廳資助的項(xiàng)目是個(gè)性化人工耳廓快速制造，目的是為小耳畸形、顱頜面畸形修復(fù)與美容整形提供個(gè)性化、客戶(hù)化的支架以及配件制備服務(wù)。史廷春教授告訴我們，目前這些研究已經(jīng)獲得了初步實(shí)驗(yàn)成果，正在積極進(jìn)行臨床應(yīng)用前的準(zhǔn)備工作。

除了上面提到的科研項(xiàng)目，他帶領(lǐng)的課題組還在進(jìn)行關(guān)于生物制造的其他一些研究和測(cè)試，主要包括不降解的整形美容修復(fù)件、可降解的含有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的組織支架、人工喉的研究。不降解的整形美容復(fù)件方面，目前已進(jìn)入臨床前的準(zhǔn)備工作階段；可降解的含復(fù)雜結(jié)構(gòu)的組織支架在小動(dòng)物身上的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)取得令人滿(mǎn)意的成果，目前正在進(jìn)行大動(dòng)物試驗(yàn)；在人工喉研究方面，由于人的喉結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，需要滿(mǎn)足形狀維持、吞咽、呼吸、發(fā)聲等多項(xiàng)功能，且其結(jié)構(gòu)細(xì)小、位置表淺，因此人工喉的研究與應(yīng)用也就具有很大的挑戰(zhàn)性，課題組希望通過(guò)建立幾何、物理模型，通過(guò)對(duì)病人喉軟骨結(jié)構(gòu)個(gè)性化、優(yōu)化的數(shù)學(xué)表述，指導(dǎo)喉軟骨支架材料的選配和成形，并對(duì)活關(guān)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿(mǎn)足喉軟骨諸多功能的需要。

相關(guān)調(diào)查顯示，目前由40多種不同材料制成的人工器官、組織工程產(chǎn)品和植入物中，已經(jīng)有超過(guò)50個(gè)品種的產(chǎn)品用于臨床，比如人工關(guān)節(jié)、人工血管、人工皮膚、人工骨、心臟支架、人工眼內(nèi)晶體、組織工程軟骨等等。這些產(chǎn)品的研發(fā)和應(yīng)用，顯示出生物制造事業(yè)發(fā)展的迅猛勢(shì)頭以及巨大潛力。但是，在高速發(fā)展的同時(shí)，生物制造的發(fā)展道路也并不是一片坦途，很多問(wèn)題讓研究者們頭疼，如人工組織和人工器官的生物相容性有待提高、宿主的排斥反應(yīng)亟待降低、難以培養(yǎng)出大量的單細(xì)胞和細(xì)胞簇、很難長(zhǎng)時(shí)間保持細(xì)胞簇的生物性狀等等。

史廷春教授也提到了所面臨的挑戰(zhàn)：“我們?cè)谌斯そM織和器官的生物制造方面取得了豐富的研究成果，來(lái)自醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、制造科學(xué)、化學(xué)等多學(xué)科的專(zhuān)家學(xué)者從多方面展開(kāi)了研究，如基于理化方法的人工器官、基于機(jī)電方法的人工器官等等。但是這些研究的不足在于它們僅僅是對(duì)天然組織器官功能的部分模擬，這是不夠的，實(shí)現(xiàn)天然組織和器官功能的恢復(fù)和重建，才是生物制造研究領(lǐng)域的理想目標(biāo)。因此，組織器官數(shù)學(xué)模型的建立、材料遴選、材料之間的結(jié)合方式、材料與細(xì)胞的結(jié)合、細(xì)胞之間關(guān)系的建立，都成為本領(lǐng)域需要研究和突破的重要課題。”生物制造工程大規(guī)模得到應(yīng)用、為人類(lèi)造福是大勢(shì)所趨，但是其面對(duì)的問(wèn)題也是實(shí)實(shí)在在存在的。對(duì)于如何解決上面提到的種種問(wèn)題和阻礙，史廷春教授提出了自己的看法。他認(rèn)為，單一學(xué)科的研究難免會(huì)有局限性，要想真正解決這些問(wèn)題，需要多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域?qū)＜业穆?lián)合攻關(guān)、共同努力。

說(shuō)到他認(rèn)為最應(yīng)該加大研究力度的方向，他提到，我國(guó)是肝病和腎病的高發(fā)國(guó)，以乙型肝炎和肝癌為代表的肝病、以腎衰竭和尿毒癥為代表的腎病，正在困擾和折磨著很多患者，給患者和家人帶來(lái)了極大的痛苦和負(fù)擔(dān)，目前治療或者緩解肝病和腎病的有效方法是肝腎移植，但是由于等不到合適的供體，很多患者都失去了最佳的治療時(shí)機(jī)，從而嚴(yán)重影響了疾病的治療。因此，他表示，生物制造學(xué)家們應(yīng)該匯聚各自學(xué)科的智慧，潛心研究，聯(lián)合攻關(guān)，爭(zhēng)取在肝腎這兩個(gè)重要臟器的重建理論和技術(shù)上尋求突破，使患者最終能夠獲得重建的具有完善功能的組織器官，從而擺脫透析，擺脫移植，提高疾病的治愈率，提高生命質(zhì)量。

一個(gè)學(xué)科的發(fā)展，人才是最重要的推動(dòng)力，一切的發(fā)展都源于人才的發(fā)展。因此，生物制造工程能夠發(fā)展到何種程度、發(fā)展速度的快慢，都取決于該領(lǐng)域人才的培養(yǎng)情況。史廷春教授告訴我們，他們?cè)谌瞬排囵B(yǎng)方面也下了大工夫。由于生物制造是一個(gè)交叉學(xué)科，涉及從信息到材料、從醫(yī)學(xué)到工程科學(xué)的諸多領(lǐng)域，無(wú)論相關(guān)領(lǐng)域哪個(gè)領(lǐng)域的學(xué)者開(kāi)始這方面的研究，都能夠?yàn)樯镏圃斓陌l(fā)展貢獻(xiàn)力量，這就要求生物制造領(lǐng)域的人才更應(yīng)該注重學(xué)科交叉、博采眾長(zhǎng)、積極吸收相鄰學(xué)科的相關(guān)知識(shí)，了解最新進(jìn)展，不斷豐富自己。因此，他們?cè)谘芯可猩矫娣e極拓寬招生范圍，努力吸收更多學(xué)科的人才，實(shí)現(xiàn)學(xué)科交叉、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，組織優(yōu)秀人才進(jìn)行共同攻關(guān)，爭(zhēng)取在生物制造領(lǐng)域獲得新的突破。除了專(zhuān)業(yè)知識(shí)方面的要求，他還提到，真正的人才，需要具有敏銳的觀察力、豐富的人文情懷，這些都是進(jìn)行深入持續(xù)研究的保障和動(dòng)力。

生物制造工程的發(fā)展還處于初級(jí)階段，很多問(wèn)題等著史廷春和他的同行們一起面對(duì)和解決。人類(lèi)離迎來(lái)生物制造大放異彩的時(shí)代是否已經(jīng)不遠(yuǎn)了？對(duì)此，我們滿(mǎn)懷期待。

史廷春在中學(xué)母校