徐銘恩：生物3D打印技術(shù)的“領(lǐng)跑者”

5月30日，第四個全國科技工作者日，人力資源社會保障部、中國科協(xié)、科技部、國務(wù)院國資委聯(lián)合頒發(fā)了第二屆全國創(chuàng)新爭先獎，民革浙江省委會副主委、杭州捷諾飛生物科技股份有限公司董事長、杭州電子科技大學(xué)教授徐銘恩榮獲第二屆全國創(chuàng)新爭先獎。這次表彰，是對徐銘恩及其團(tuán)隊多年來在生物3D打印領(lǐng)域研究與產(chǎn)業(yè)化的工作給予的高規(guī)格肯定。

“全國創(chuàng)新爭先獎”是僅次于國家最高科技獎的一個科技人才大獎，主要表彰在科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、重大裝備和工程攻關(guān)、轉(zhuǎn)化創(chuàng)業(yè)、科普及社會服務(wù)方面作出卓越貢獻(xiàn)、在國內(nèi)外具有影響力的優(yōu)秀科技工作者和優(yōu)秀科研團(tuán)隊。

“3D打印”是近年來最“火熱”的詞匯，徐銘恩已在生物3D打印領(lǐng)域中摸爬滾打了整整16年，從用3D打印技術(shù)成功打印活細(xì)胞構(gòu)建人體組織、研制出可打印生物材料和活細(xì)胞的商品級生物3D打印機(jī)、發(fā)布我國首臺面向醫(yī)療應(yīng)用的高通量集成化生物3D打印機(jī)、到作為首席科學(xué)家主持“國家重點(diǎn)研發(fā)計劃”研發(fā)第一代3D打印器官芯片產(chǎn)品Organ Tria，他已取得了一系列顯著的研究和應(yīng)用成果，并入選國家萬人計劃、科技部創(chuàng)新人才推進(jìn)計劃、浙江省萬人計劃等。

“定情”生物3D打印技術(shù)

徐銘恩出身醫(yī)學(xué)世家。1995年考入浙江大學(xué)，從本科到博士畢業(yè)，他跨越了藥學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程、材料、儀器等不同專業(yè)領(lǐng)域。2004年，3D打印引起徐銘恩的強(qiáng)烈興趣，他的跨學(xué)科背景恰好成為跨入生物3D打印研究的優(yōu)勢。2005年，他申請到清華大學(xué)機(jī)械系生物制造研究所做3D生物打印相關(guān)研究的博士后，從此，便“定情”3D生物打印技術(shù)。

專業(yè)轉(zhuǎn)換的背后，徐銘恩有一個長長的心路歷程。讀高中時，受家人職業(yè)的影響，徐銘恩瞄準(zhǔn)了自己考大學(xué)的專業(yè)目標(biāo)——醫(yī)學(xué)，“當(dāng)時就想著開發(fā)出新藥物來治病”;大學(xué)念了醫(yī)學(xué)專業(yè)，發(fā)現(xiàn)研制新藥物代價、難度極高，而醫(yī)療價值不確定性很強(qiáng)。于是就在研究生攻讀生物工程學(xué)，決心用新技術(shù)來解決藥物無法治療的疾病。在博士畢業(yè)之時，徐銘恩開始接觸3D打印（當(dāng)時稱快速成型），并產(chǎn)生濃厚興趣。敏銳的技術(shù)嗅覺，讓他預(yù)感到這個技術(shù)如果成功運(yùn)用于醫(yī)學(xué)，會給患者帶來福音。

“如何讓3D打印機(jī)打印出來的細(xì)胞存活下來”是徐銘恩在博士后時期碰到的第一頭“攔路虎”。已經(jīng)記不清失敗的次數(shù)，說人到了“崩潰的邊緣”也不夸張。終于，在2006年夏天，徐銘恩意外發(fā)現(xiàn)自己用脂肪干細(xì)胞打印出來的一塊組織不但存活，而且保留了完美的組織結(jié)構(gòu)。“從那一刻起，我終于覺得自己做的事情不再是天方夜譚。”欣喜之余，他還和同伴嘗試油煎了這塊“人造脂肪”，甚至品嘗了它的味道。同年，徐銘恩獲得國家自然基金的支持，并被破格晉升為副教授。

2012年徐銘恩和團(tuán)隊在這一領(lǐng)域的工作被國際期刊《Biomaterials》評價為“生物3D打印領(lǐng)域最先進(jìn)水平”。

產(chǎn)業(yè)化推動基礎(chǔ)研究

在徐銘恩的實(shí)驗室里，放著已經(jīng)打印好的肝、肺、耳朵等模型。“這些都是Regenovo打印出來的”，徐銘恩介紹說。“Regenovo”就是徐銘恩團(tuán)隊研制的生物3D打印機(jī)的名字，誕生于2013年，它的出現(xiàn)意味著其他生物醫(yī)學(xué)研究的科學(xué)家也有了更穩(wěn)定的工作平臺。

這臺打印機(jī)不僅實(shí)現(xiàn)了無菌條件下的生物材料和細(xì)胞的3D打印，而且新型的溫控單元和打印噴頭設(shè)計，能夠支持從-5℃到260℃熔融的多種生物材料打印，已成功打印出了人類肝臟單元、脂肪組織等，打印出的細(xì)胞存活率達(dá)90%，最長存活時間4個月。“這中間的過程并非一帆風(fēng)順，研究初期，打印出來的細(xì)胞死亡率很高，約90%的細(xì)胞都無法存活，后來細(xì)胞存活率大幅度提高了，但打印出來的結(jié)構(gòu)又堅持不了一個星期，只能不斷摸索，一個問題一個問題去死磕它，去解決它。”徐銘恩說。

盡管Regenovo“武藝”高超，但徐銘恩坦言，真要按需打印活體器官還有一段漫漫長路，但他已經(jīng)做好了充分的準(zhǔn)備。

科研工作中時常會遭遇“資金短缺”，徐銘恩也不例外，2009年實(shí)驗室的工作曾一度難以為繼。2013年，徐銘恩成立了杭州捷諾飛生物科技股份有限公司，把在研究生物3D打印技術(shù)的路途中積累下來的部分技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，團(tuán)隊擺脫了資金短缺的困窘。“產(chǎn)學(xué)研結(jié)合是科技發(fā)展的大勢所趨，成立公司的目的除了推動科研成果盡快轉(zhuǎn)化應(yīng)用，也能反過來推動基礎(chǔ)研究。”

噴頭的制作、打印原料的選取、圖紙的設(shè)計，每一項都不是輕而易舉能夠攻克的。一路困難相伴，一路闖關(guān)克服，徐銘恩很是淡定從容。

回憶起當(dāng)時培育細(xì)胞（作為打印原料的細(xì)胞）的經(jīng)歷，徐銘恩頗有些感慨。當(dāng)時還沒有成熟的研發(fā)團(tuán)隊，徐銘恩靠自己一個人來干。為了獲取存活率高的細(xì)胞，從早到晚最少要做三次實(shí)驗。每次試驗完，過幾個小時還要總結(jié);發(fā)現(xiàn)不對就再做、再總結(jié)。“實(shí)驗報告都寫了厚厚的好幾本。”為了有所對比，徐銘恩還加大了試驗的強(qiáng)度，一組12個細(xì)胞進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)哪一個與其他的不一樣，就拼命回憶，拼命地查記錄，把這個偶然的東西轉(zhuǎn)化成有規(guī)律的東西。做實(shí)驗的這段時間，徐銘恩最常感受到的就是“一抬眼天就黑了”！

2017年，以徐銘恩為首的科學(xué)家團(tuán)隊發(fā)布了我國首臺高通量集成化生物3D打印機(jī)。“這臺緊扣臨床轉(zhuǎn)化和應(yīng)用需求的生物打印機(jī)代表了我國生物3D打印設(shè)備的頂尖水平。”國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目專家組如此評價，意味著我國相關(guān)領(lǐng)域的研究水平實(shí)現(xiàn)了從與國際先進(jìn)水平“并跑”到“領(lǐng)跑”的跨越。更令人值得高興的是，該領(lǐng)域的一些科學(xué)家在使用了徐銘恩團(tuán)隊研發(fā)的生物3D打印機(jī)后，做出了很多有價值的科學(xué)研究成果。

培育“中國科學(xué)的未來”

徐銘恩始終有個信念，要用科技創(chuàng)新為中國生物醫(yī)藥中小企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級貢獻(xiàn)自己的力量，具體行動就落實(shí)在籌建清華大學(xué)&杭州電子科技大學(xué)“生物制造研究中心”。

多年努力后，生物制造研究中心從無到有，逐步構(gòu)建了由生物材料和細(xì)胞三維打印平臺、生物芯片制造平臺、移植醫(yī)學(xué)器械開發(fā)平臺等構(gòu)成的先進(jìn)研究平臺，形成了一個多學(xué)科的研究團(tuán)隊，入選浙江省重中之重學(xué)科重點(diǎn)培育方向。

在研究中心里，徐銘恩和學(xué)生、以及其他老師組成了一個專門做生物3D打印研發(fā)的團(tuán)隊，除了每天必要的實(shí)驗、檢查，他又增加了新的工作——帶好這群有創(chuàng)造力的“中國科學(xué)的未來”。

學(xué)生們對徐老師最大的印象就是“特別注重激發(fā)每個人的創(chuàng)造力”。而徐銘恩自己也說：“我希望大家是真心喜歡干這個！”

徐銘恩對培養(yǎng)學(xué)生有一套自己的理念。他對學(xué)生“頗為嚴(yán)苛”，要求學(xué)生在學(xué)習(xí)和實(shí)驗中回歸自我，有獨(dú)立的思考。“我不希望學(xué)生習(xí)慣性地跟著老師走;最好是學(xué)生在一個階段后能過來跟我聊問題、聊自己的想法和點(diǎn)子，我再來幫他完善。這樣或許起點(diǎn)有些低，但最終能幫助他們?nèi)〉酶蟮倪M(jìn)步。”“很多事情按照原初的路子來走，好像是傻了一點(diǎn)，但回過頭看，卻是走得最踏實(shí)、最穩(wěn)健的。”徐銘恩補(bǔ)充到。

徐銘恩在學(xué)生中非常受歡迎。他講授的“生命科學(xué)導(dǎo)論課”連續(xù)多年被學(xué)生評為最好的公選課之一。“能幸運(yùn)地選上這門課實(shí)在不容易，太多人選了。”徐銘恩的一個研究生說，“住我隔壁寢室的同學(xué)選修了‘生命科學(xué)導(dǎo)論課后，因為太好聽，第二年又去旁聽了一遍。”能將一門課上得如此“出神入化”，這與徐銘恩廣泛的興趣和多學(xué)科背景密不可分。

“生物3D打印研究也確實(shí)要求較復(fù)雜的學(xué)科背景。如果對別的學(xué)科不了解，很多問題就僵在那里動不了;都有所接觸后，就可以多角度、多層次地想問題，有的時候可以隨手拿來。”因為這樣，他也有意識地引導(dǎo)學(xué)生拓寬學(xué)科背景，以便將來能夠慢慢地獨(dú)立承擔(dān)起這個方向的研究工作。

徐銘恩團(tuán)隊的研究工作踏上正軌后，猶如一輛高速行駛的列車，幾乎每年都能傳來好消息。2019年，徐銘恩擔(dān)任了國家自然科學(xué)基金委“國家重大科研儀器研制”項目的首席科學(xué)家，進(jìn)一步提出高保真打印技術(shù)，推出首臺全自動生物3D打印機(jī)，推出國際首個大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用的3D打印皮膚，成功應(yīng)用于新藥篩選、化妝品毒理與功效等檢測。

談起跨入“3D生物打印”領(lǐng)域的初心，其實(shí)是來源于一場刻骨銘心的分離——曾養(yǎng)育過徐銘恩的親人在醫(yī)院用盡最好的技術(shù)，還是在眼前漸漸逝去。“活著是一件很美好的事情，所以我要做一個技術(shù)能讓家人、讓很多不認(rèn)識的人，可以活得更健康一些，活得更長一些。”

（王曉紅，民革浙江省委會宣傳部副部長/責(zé)編 張棟）