致生物仿生 攀正畸高峰
——記北京大學口腔醫院正畸科研究員劉燕

衛婷婷

劉燕

從展翅翱翔的飛鳥，到深海游弋的魚群，自然界的多姿多彩，讓生命更加蓬勃，更加充滿活力。人類可以從這些自然界的生靈中汲取“養分”，促進科技進步，這種法寶就是“仿生技術”。科學家從螢火蟲發光器具有的奇特結構中獲得靈感，通過合成熒光素和熒光酶制造出生物燈具，并廣泛應用在不能利用電源的危險環境中。科學家還通過研究蝴蝶的翅膀結構，將手機的顯示屏表面做成了蝴蝶翅膀的微觀晶體狀結構，這樣即使在太陽高照之下，也不會影響手機閱讀。

而除了動物，仿生技術也可以仿生人類。通過制造仿生器官，殘障人士可以變得“正常”，而穿上仿生設備，普通人也可秒變“超人”。這些聽起來可能會帶有濃厚的科幻色彩，但其實仿生技術離我們一點也不遙遠，而且早已走進我們的生活，生物礦化及生物仿生便是其中一種。在自然界中，生物體早就可以通過生物礦化制備出具有多級有序結構的功能材料，如珍珠、骨骼、貝殼等。該技術不但在電子制造、國防安全等領域發揮著重要作用，還為人們的生活提供了更多的可能性，如利用生物礦化及仿生技術制成的血管、人造心臟、人造骨、人造皮膚等，為無數患者帶來生的希望。

北京大學口腔醫院正畸科研究員劉燕也對生物礦化及生物仿生納米材料的制備進行了研究，她先后將重點放在牙骨礦化機理以及生物仿生納米材料的實際應用上。目前，她正竭力對生物仿生納米材料的臨床轉化進行更加深入的探索，盡管要走的路還很長，但她已然做好萬全準備，隨時迎接科學的挑戰。

不斷探索 求口腔治療新突破

劉燕的叔叔是我國口腔領域的知名專家，從小劉燕就在叔叔的影響下，對口腔知識有了廣泛了解，也正是在這樣的熏陶下，“科研”兩個字很早就在劉燕的心里扎了根，也深刻地印在了頭腦里。對劉燕來說，走上科研這條路也許是必然的選擇。

2006年，劉燕進入華中科技大學同濟醫學院，進行碩博連讀。期間，她作為聯合培養博士，于2009年前往美國佐治亞醫學院牙學院繼續科研之路，她對生物礦化機理及生物仿生納米材料在口腔疾病中的應用進行了深入的探索。

盡管剛剛到美國一切都還沒有完全適應，但劉燕的身心早已撲在了科研上。在導師Franklin R.Tay教授的指導與劉燕緊鑼密鼓的研究計劃下，她僅僅用了短短一年時間，便于2010年首次在國際上合成了具拓撲結構的單纖維礦化膠原；更在畢業前，以第一作者身份在Advanced Materials、Biomaterials及Acta Biomaterialia等國際頂尖材料雜志上發表了8篇高質量學術文章。

不管身在哪，走多遠，劉燕都想用所學所想更好地回報祖國。2011年博士畢業后，劉燕回國來到北京大學口腔醫院正畸科進行了兩年的博士后深造，在周彥恒教授的指導下，她開始逐漸將研究重點從基礎理論方面轉向生物仿生納米材料在組織工程中的應用研究。

談到剛來到北京大學口腔醫院時的情景，劉燕仍記憶猶新。“那時我們正畸科實驗室還沒建立，很多研究都無從下手，對我來說一切都是從零開始。”劉燕說道。為了能夠進行實驗研究，劉燕只能到處“借”實驗室，在其他科研人員使用完畢后才利用空隙時間使用儀器。那時，因為研究需要，劉燕常常凌晨4點就要起床前往實驗檢測中心，做完實驗后又要馬不停蹄地迎著朝陽趕往北京大學口腔醫院上班。

在這期間，劉燕對研究方向進行了擴展。起初，她主要針對牙釉質和牙本質的礦化進行研究。她提到，究其本質，牙齒其實是一種堅硬的礦化組織，在牙齒矯正過程中，很多患者的牙齒上會留有一圈白色痕跡，這就是牙齒脫鈣現象。這是因為在牙齒矯正過程中，牙齒會因被酸蝕而失去原有的礦物質，而在得不到正常補給的情況下，便會留有白色痕跡。“牙齒脫鈣往往是早期齲齒的第一步，因此對牙釉質和牙本質的礦化研究很有必要。”劉燕表示。

后來在此基礎上，劉燕將研究重點轉向牙骨。牙齒與口腔內的骨有著異曲同工之妙，其本質都是礦化組織，她在經過系統研究后發現，在進行正畸治療中，若想要移動牙齒，常會與骨頭發生“沖突”，因此牙與骨是需要相互配合的，這同樣也是正畸的重要原理。

十年寒窗磨一劍，積累了豐富經驗的劉燕，頭腦里有很多“奇思妙想”亟待付諸實踐，她也迫切想要利用生物礦化技術為口腔疾病治療打開一扇新的大門。

腳踏實地 助口腔疾病臨床研究

“做科研的最終目的是什么？還是要使研究成果能夠用于臨床治療，切實服務更多的人。”劉燕說道，她也在為這個目標不斷努力著。

據劉燕介紹，由于腫瘤或發育異常、外傷等多種原因造成的顱面部大面積骨缺損，會給患者在生活質量或心理健康方面帶來很大的負面影響。不僅是她所在的課題組，在整個口腔研究領域，如何高效實現頜面部的骨再生是急需突破的研究瓶頸。經過仔細研究決定從微納米水平入手，對天然骨組織的各級結構及胚胎發育進行仿生模擬，以便為宿主細胞提供類似天然的微環境。為此，課題組通過理論計算與熱動力學控制，最終體外重組了天然骨的多級結構，這種仿生合成的支架材料具有天然骨樣的應力分散能力及降解速率，且能調節免疫微環境并促進宿主細胞的招募，實現了內源性骨再生。相關成果發表在國際頂尖學術期刊如Advanced Materials，Advanced Functional Materials,ACS Nano等，簡化了傳統組織工程三大要素，僅需單一支架材料或干細胞來源即可獲得與自體移植骨類似的骨再生效率，且將骨再生效率提高到傳統支架材料的3倍，并突破了骨缺損中心血管化技術瓶頸，實現了功能骨的再生。研究成果受到權威期刊（如自然材料）的高度評價，認為是生物礦化和組織工程的最好的例子之一，并被知名科技媒體（Advanced Science News, Materials Views等）廣泛報道，首次合成細胞礦化微球是一種有效的骨組織工程再生療法。

目前，劉燕團隊正通過改進材料的理化及生物功能以適應臨床不同類型組織缺損修復，如感染性骨缺損、牙周復合組織缺損等, 希望這種仿生材料能應盡早用于臨床，解決目前植入材料進口依賴價格昂貴等問題，造福廣大患者。

獨具一格 傾心培育科研人才

從本科、碩士、博士再到博士后，一路走來，劉燕已經非常明白學生最需要的是什么，也相繼取得諸多收獲。目前，她已經入選2019年國家“萬人計劃”青年拔尖人才、2018年科技部中青年領軍人才、北京市科技新星、第一屆全國口腔優秀青年、國際口腔杰出青年學者一等獎及世界華人青年研究學者一等獎等榮譽。

除了科研遍地開花，劉燕也不忘記自己的另一份職責。采訪中，她不僅一次表示，在美國研究期間Franklin R.Tay教授自由而又不失嚴謹的教學風格，以及回國后北京大學口腔醫院周彥恒教授認真負責、永遠充滿活力的科研作風，都對她產生了深刻影響，久而久之她自己也對培養學生有了獨到的理念。

作為一名研究生導師，劉燕認為首先應該幫助學生形成正確的科研思維。與培養技術員不同，研究生的培養要更加靈活，有時甚至可以說不是老師引導學生，而是學生自主找到適合自己的研究方向。

每每在研究生面試時，劉燕都會通過面試先對學生的科研思維有一個初步的了解，以便找到適合學生的研究方法。例如，如果學生主動性思維活躍，善于探索，劉燕一般不會特別指明學生的研究方向，而是讓其自己做選擇。“只要是有價值、有意義的研究方向，哪怕當時看起來是不可能完成的事，我也會鼓勵學生去嘗試。”劉燕表示。而在確定研究方向后，劉燕也總是不按套路出牌。她認為，如果按照常規的研究方法，很可能將學生固定在一個框架內，這樣一來，思維不能發散，研究就難以找到突破口。“當然也不完全是天馬行空，一定要在正確研究思路的基礎上再去發散性地開腦洞。”劉燕補充道。

付出就會有收獲。截至目前，劉燕已經培養了碩士及博士生6名，學生獲得“北京大學優秀博士學位論文”“北京大學優秀畢業生”“北京大學優秀科研獎”等，并多次獲得“國家獎學金”。劉燕對科研和教學可以用“狂熱”來形容，無論何時何地，無論她在干什么，只要學生有需要，她都會第一時間出現，為學生答疑解惑。而當學生在研究上出現錯誤時，她也不會輕易否定，而是先在鼓勵與支持的基礎上，循序漸進地為學生找到問題源頭，再進行突破。現如今，劉燕的團隊大約有十幾位成員，每個成員都找到了自己所擅長的研究方向。多年來，團隊運作模式靈活，合作融洽，能夠在這樣一個團隊中工作，劉燕深感幸運。

未來，劉燕只求能在生物礦化及生物仿生納米材料的制備這片神奇的土地上，繼續縱橫馳騁，追逐簡單自在的科學快樂。