開啟生物醫學領域的曙光

本刊記者/溫斌

醫療領域是近年來備受社會關注的領域之一，而生物打印技術則是醫療領域科技創新的熱點，3D打印技術的短流程、個性化、數字化和智能化特征，使其在新質生產力的形成中扮演了舉足輕重的角色?？平藤Y源是陜西最顯著的優勢和最鮮亮的底色，創新資源豐富也是陜西的最大優勢。在陜西科技創新的大潮中，有著一批又一批像賀健康和他的生物3D打印團隊一樣的奮戰在科技前沿不斷探索的弄潮兒。

?充滿活力的學術帶頭人賀健康教授

?不斷探尋生物3D打印技術的創新與突破

“生物打印技術作為一種新興的技術，其應用前景十分廣闊。生物醫學是3D打印最重要的應用領域，通過和醫學影像建模技術結合可以實現人體組織與器官的個性化定制，成為高端醫療器械制造的利器，也為我國改變高端醫療產業嚴重依賴進口現狀、實現國際水平追趕超越提供了黃金機遇”。在和賀健康教授交流時他對其研究方向和意義進行了言簡意賅的介紹。

△可降解生物支架仿生設計與增材制造簡介展示圖

賀健康教授是一名“土生土長”的交大人。從1999年到2010年，他本、碩、博的學習都在西安交大機械學院完成，師從中國工程院院士、西安交大教授盧秉恒和西安交大機械學院教授、機械制造系統工程國家重點實驗室主任李滌塵。2003年，賀健康了解到盧秉恒教授研究的3D打印技術，看到電腦上的模型圖轉瞬間變成實物，賀健康被高度自動化與智能化的制造技術吸引，被導師團隊敢于創新與拼搏實干的精神感染，對生物3D打印技術產生了濃厚的興趣——他認為這種全新的制造技術，在將來一定有著廣泛應用。于是，賀健康放棄了保送清華大學攻讀碩士研究生的機會，選擇留在西安交大機械工程學院繼續深造選擇肝組織工程支架生物3D打印技術方向直接攻讀博士學位。后來賀健康又爭取到了前往新加坡進行畢業設計的寶貴機會，更使他認識到制造技術在生物及醫療領域的廣泛應用前景。

△遇到瓶頸，及時分析問題實質，尋求解決方案

3D打印技術以其精密和靈活的特點，能夠生產出傳統制造方法難以企及的復雜產品和零件。無論是在航空航天領域的精密部件，還是在醫療器械領域的定制化產品，3D打印都展現了其高端化制造的巨大潛力。當時生物3D打印技術在國內并未得到太多關注，只有清華大學和西安交通大學在嘗試與摸索，賀健康和其他團隊成員在缺乏前期基礎和實踐經驗的情況下“摸著石頭過河”，反復“試錯”，扎實推進，從理論研究到實驗室試制，從動物實驗到臨床應用，最終開辟了西安交大關于可降解軟組織支架研究的新天地。相較于人體骨骼“硬組織”，具有生物功能的“軟組織”在臨床方面需求巨大。賀健康所在的生物3D打印團隊，以“生物可降解支架微結構仿生設計制造基礎”項目，獲得2019年度全國高等學?？茖W研究優秀成果獎（科學技術）自然科學一等獎。該團隊通過生物可降解支架微結構的仿生設計與3D打印制造，使支架植入體內后能夠引導組織再生并逐漸降解為二氧化碳和水被人體代謝，實現了機械結構向自體組織的轉化。此外，通過梯度結構將人體軟硬組織有機固定，達到修復軟組織功能的目的，推動醫療領域的發展。

△“做一流學問，創頂尖技術”的科研團隊

△創新傳承—打造團隊的精神動力

賀健康現為西安交通大學機械工程學院副院長、二級教授、“仿生與生物增材制造”陜西省創新團隊負責人，入選國家杰青。長期開展生物制造與增材制造研究。兼任國家CFDA醫療器械技術審評委員會咨詢專家、多個國家級學術組織的常務委員等職務。他長期開展生物制造與增材制造研究，研發了可降解植入物及微納增材制造工藝與裝備，率先實現可降解乳腺支架、氣管外支架等臨床試驗，被國際醫學專家評價為“原創性技術”“科學家、工程師與醫生成功合作的優秀范例”。他的研究成果已完成60余例臨床應用，獲授權發明專利40 余項，以第一通訊作者發表高水平SCI 論文80余篇，獲教育部自然科學一等獎、教育部技術發明一等獎等獎項。

深耕人體植入物3D打印技術，塑造醫療材料領域新質生產力的先鋒。賀健康一開始的科研工作主要關注人體骨打印的研究，博士期間則轉向人體肝臟組織制造課題的探索。與骨骼的設計研究只需要考慮力和結構的傳統機械問題不同，肝臟更重要的是生化功能。面對新的挑戰，賀健康選擇迎難而上，先后于2006年前往北京解放軍總醫院學習細胞技術，解決細胞存活問題；于2008年前往哈佛醫學院進行為期兩年的聯合培養，解決如何使細胞發揮出生物功能的困擾。國外細胞培養的標準化流程讓他深切地感受到學科交叉的重要性。賀健康認為當一個人同時掌握醫學背景和工程知識后，其思維會發生質的提升。通過不同領域的思想碰撞、知識互補，實現研究創新；通過醫工交叉，以工程手段解決臨床問題，實現1+1＞2的效應。”賀健康認為，交叉思維的培養理念就是要不斷推進人員和知識的融合，多學科交叉的思維在一些時候會令難題迎刃而解。

在最后的交流中，作為記者提出幾個讀者關切的問題：生物3D打印再造器官對人體有沒有副作用，有沒有排異反應？產品在各種真實工況下的性能表現,如強度、耐熱、抗腐蝕等性能如何？生物3D打印墨水材料研究的進展方面再了解一些情況？

“生物3D打印技術的應用——開啟生物醫學領域希望的曙光”。賀健康教授介紹說。

△生物3D打印技術為醫療手術介入提供了全新的解決方案

賀健康的研究工作始于3D打印人體植入這一方向，逐步擴展到各個領域，力求以制造技術變革醫療修復技術。相較于傳統的假體植入，生物3D打印技術不僅在細胞生長中“筑巢引鳳”，提供良好支撐，還具有良好的可降解性。3D打印除了在宏觀上可以滿足患者的實際需要，在復雜微觀結構的構建中也有著巨大的優勢，可以通過對微觀結構進行調控，讓細胞和組織更好地生長。自2001年團隊實現國際首例3D打印鈦合金下頜骨臨床試驗以來，西安交大的生物制造技術已逐步拓展個性化PEEK植入物、可降解、可再生軟組織支架乃至活性器官制造等多個領域。目前臨床應用的3D打印人體植入物多是鈦合金、聚醚醚酮、可降解聚合物等材料，這些材料已經經歷了較長時間的臨床使用驗證，生物相容性很好，在人體長期使用的副作用和排異反應不大。

生物3D打印產品因為是在人體使用，所以強度、耐熱及抗腐蝕性能需求不突出，像現在打印的鈦合金、聚醚醚酮植入物的力學性能均可達到承載部位骨科的需求，像我們制造的3D打印個性化乳房支架還要想著如何降低強度，與軟組織的力學性能相匹配。2016年實現了可降解乳腺支架的國際首例臨床應用。目前該項技術已經臨床應用30余例，氣管外支架等技術也已完成臨床應用幾十例，患者均反饋良好。團隊正逐步將前沿技術轉向臨床醫學，團隊的技術已應用于第四軍醫大學、西京醫院、交大二附院、南京兒童醫院、鄭大一附院等臨床治療中，并在逐步實現產業轉化，使更多患者受益。任何學科向前發展，都需要找到新的增長點，隨著小康社會的到來和實現高質量發展的需要，面向人民生命健康的生物制造與3D打印會越發重要，希望醫療科技創新的步伐能得到進一步加快。

生物3D打印墨水是面向未來活性組織與器官打印的關鍵材料，這里面不僅包含材料成分，還包含生長因子、細胞等生物學成分，目前主要還是處于實驗室研究階段——科技的創新，就是要不斷地探索。不論我們是向前看科技發展的趨勢，還是從當前挖掘科技價值、探索未來商業的方向來看，生物3D打印技術具前瞻性和顛覆性，成為聚焦前沿生物醫學領域的新豐碑，為患者帶來福音，帶來曙光。

科技需要不斷創新，賀健康教授和他的生物3D打印團隊也在不斷地研究探索中。