矢志空天報國 逐夢器官芯片

謝更好

器官芯片（Organ-on-a-chip）是一種將人體活細胞植入微流體芯片內再現人體組織器官功能的微生理系統，可用于替代小白鼠等動物模型來進行藥物快速評價，也可應用于疾病模型和精準醫療，在2016年被世界達沃斯論壇評為“十大新興技術”之一。自2011年美國總統奧巴馬宣布由美國國立衛生研究院（NIH）、美國國防部高級研究計劃局（DARPA）和美國食品藥品監督管理局（FDA）共同組織發展器官芯片聯合項目以來，世界范圍內掀起了研究器官芯片的熱潮。迄今為止，國際上已經開展了心臟芯片、腎臟芯片、肺芯片、腫瘤芯片等多個器官芯片項目研究并搭載進入國際空間站。

“空天報國、敢為人先，服務國家重大戰略”是北京市生物醫學工程高精尖創新中心、北京航空航天大學生物與醫學工程學院雙聘副教授鄭付印始終縈繞在心的科研情懷。多年來，他和科研團隊一直面向生命健康、腦科學和空天科技交叉領域開展前沿創新研究，在地基和面向空間站的類器官和器官芯片構建并應用于新藥研發、疾病模型和航天生理等研究領域取得了突出成績。在中國類器官和器官芯片的地基產業化及將其送往中國天宮空間站的征途中，鄭付印和他的研究團隊始終在肩負著探路者的角色，每一步都走得擲地有聲。

逐夢——從生物學啟蒙

到多學科交叉

千百年來，生物學為推動科學的進程發揮了重要作用。追溯鄭付印的科研之路，生物學也正是啟發其科研興趣的根源。從本科的生物啟蒙到碩士開展細胞和組織工程的科研初探，再到博士期間在東南大學生物醫學工程專業的深入開拓，近十年的時光里，他一直在類器官和器官芯片領域沉淀和探索，每一步都走得踏實而堅定。

隨著器官芯片產業化和空間應用研究的蓬勃發展，助力航天夢成為多少學子心中夢寐以求的期盼。2014年國慶節當天，鄭付印在中國航天員科研訓練中心的航天醫學基礎與應用國家重點實驗室正式開啟了關于空間應用的器官芯片研究。在順利完成一年的攻關合作任務以后，為了能學習到器官芯片更先進的技術，鄭付印爭取到國家公派留學的資格，遠赴美國開展腦類器官芯片的研究。依然是國慶節前夕，出國當天，鄭付印特意在老家聊城火車站吃了一碗加州牛肉面，在迫切而又喜悅的心情中，他于2015年10月1日到達美國知名學府加州大學伯克利分校從事器官芯片研究。

博士畢業后，鄭付印又通過不懈努力，成功申請到了美國知名學府麻省理工學院（MIT）的博士后。置身于器官芯片的發源地——大波士頓地區，鄭付印有了近距離接觸哈佛大學和MIT的器官芯片領域知名學者和學業導師的機會，并如饑似渴地學習了光遺傳學、干細胞、類器官和器官芯片等領域的前沿知識和技能。一年多以后，他又經導師安排到新加坡南洋理工大學開展了新實驗室的籌備組建和新課題方向的開拓，在獨立開展科研工作的過程中，鍛煉了其建立和管理實驗室的能力，這一切都為其回國開展相關領域研究工作打下了堅實的根基。

筑夢

——做中國自己的器官芯片

青衿之志，屢踐致遠。追根溯源，鄭付印從事器官芯片研究的科研報國初衷由來已久。不管是博士時期在中國航天員中心的所見所聞，還是到MIT工作時與國際空間站器官芯片研究團隊僅僅一層樓之隔的獨特經歷，身邊的故事一直激勵著他要投身到中國太空器官芯片的研究中。

2016年4月24日是第一個中國航天日，兩年后鄭付印的孩子非常幸運地和中國航天擁有同一天的生日。在篤定回國的時候，鄭付印最大的希望，就是能找到合適的平臺，通過自己多年來所積淀的研究經驗，為祖國太空器官芯片科研事業作出應有貢獻。憑借不懈的努力和良好的表現，他如愿入職北京航空航天大學。來到這一平臺之后，鄭付印馬不停蹄先后成功申請到了國家自然科學基金青年和面上項目等多項基金，并成功獲得了北京市科技新星計劃的人才項目的支持。與此同時，他還加入了北京市生物醫學工程高精尖創新中心。在平臺的支撐下，鄭付印與團隊成員成功建立了仿生類器官和器官芯片實驗室，集中精力開展人體類器官和器官芯片的地基產業化和空間應用研究。

多學科的研究背景，是鄭付印大展拳腳的“武器”。多年來，他和合作團隊成員們開展了一系列創新性研究工作，諸如在《美國科學院院刊》（PNAS）上發表了人工智能輔助的視網膜微動脈瘤芯片研究，并在領域權威期刊《先進生物學》（Advanced?Biology）雜志上發表了一篇40頁、字數3萬余字的人體類器官和器官芯片的封面綜述論文，系統總結了類器官和器官芯片的優勢互補和集成研究，以及借助3D打印和數值模擬優化制備類器官和器官芯片的系統集成工程的技術挑戰和限制。這一涉及解決方案和未來前景的論文，引起了領域內學者的廣泛關注。

“太空飛行會導致人體發生許多重大變化，我們希望太空中的組織芯片能夠代替宇航員的身體，去經歷同樣的快速變化，為構建虛擬宇航員提供支撐。”鄭付印說。針對生理微結構提取和空間可行性的關鍵技術挑戰問題，他所在的課題組已設計了空間應用型抽屜式器官芯片，構建了多種模擬纖維狀組織或器官的體外模型，如仿生肝小葉、神經束、肌肉纖維等，適配空間站實驗艙環境，為在軌器官芯片的研發、測試和搭載提供了很好的關鍵實驗模型。

追夢——面向器官芯片的地基產業化和空間標準化發展

科學事業是鄭付印一生不懈的追求。為數不多的閑暇時光，他也經常在閱讀文獻中度過。學海無涯，在他的眼中，知識的攝入是無止境的，要想在研究領域中深耕，就要永不停止對理論知識的擴容。

“專注于自己想做的事情，然后在這一基礎上挑戰一些更高難度的工作”，長期以來，鄭付印攀登科學高峰的道路從未止息。現如今，他正在開展無接觸光控可視化的器官芯片研究，即將光遺傳學調控的人源誘導多能干細胞（hiPSC）定向分化為多種神經元、心肌細胞和骨骼肌細胞，構建神經與靶組織（肌肉、心肌和血管）或靶器官強大的功能和生理耦合的融合類器官或器官芯片，特別是腦類器官、心肌類器官和融合類器官，以及神經肌肉接頭，神經心肌接頭和神經血管單位的神經支配的關鍵體外模型，構建集成光電刺激、結構色傳感、聯動攪拌、在線培養和監測一體化的器官芯片平臺。

生物芯片與未來生活有著密切的聯系，在國家鼓勵科學工作者投入創新創業的時代大背景下，未來鄭付印還將和研究團隊在器官芯片的標準化、定型化、產品化，以及成果轉化和產業化等方面進行更多實際探索。在此基礎上，最終開發和驗證一個研究全身系統性、正常生理、疾病病理和精準藥物評估，且能夠反映多器官與實時動力學相互作用的人體類器官芯片平臺和集成設備。

行遠自邇，篤行不怠。回首過往，鄭付印感慨：自己所走的每一步都是在摸著石頭過河。雖前路充滿未知，但他的內心卻始終堅定。以夢為馬，鄭付印已迫不及待投入未來的挑戰中。

（責編：張聞）