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觀。很多人或許都幻想過以患者的某些細(xì)胞為原料，人工“制造”出合適的器官，并為患者移植。這聽起來很簡單，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)。姑且不論這個觀點(diǎn)是否有太過自信的嫌疑，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)，通過單個細(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)雜過程就被稱為“生物制造”。生物制造這一概念被提出的時間并不長，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。我國這方面的研究起步也很早，早在1997年，我國就有學(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。十多年過去，生物制造越來越受到人們的關(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)與美容整形提供個性化、客戶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)的組織支架在小動物身上的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)取得令人滿意的成果，目前正在進(jìn)行大動物試驗(yàn)；在人工喉研究方面，由于人的喉結(jié)構(gòu)和運(yùn)動復(fù)雜，需要滿足形狀維持、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，課題組希望通過建立幾何、物理模型，通過對病人喉軟骨結(jié)構(gòu)個性化、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，并對活關(guān)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿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50個品種的產(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)展的迅猛勢頭以及巨大潛力。但是，在高速發(fā)展的同時，生物制造的發(fā)展道路也并不是一片坦途，很多問題讓研究者們頭疼，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、很難長時間保持細(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)：“我們在人工組織和器官的生物制造方面取得了豐富的研究成果，來自醫(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)科的專家學(xué)者從多方面展開了研究，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、為人類造福是大勢所趨，但是其面對的問題也是實(shí)實(shí)在在存在的。對于如何解決上面提到的種種問題和阻礙，史廷春教授提出了自己的看法。他認(rèn)為，單一學(xué)科的研究難免會有局限性，要想真正解決這些問題，需要多個學(xué)科領(lǐng)域?qū)＜业穆?lián)合攻關(guān)、共同努力。

說到他認(rèn)為最應(yīng)該加大研究力度的方向，他提到，我國是肝病和腎病的高發(fā)國，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)，爭取在肝腎這兩個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。

一個學(xué)科的發(fā)展，人才是最重要的推動力，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，他們在人才培養(yǎng)方面也下了大工夫。由于生物制造是一個交叉學(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，無論相關(guān)領(lǐng)域哪個領(lǐng)域的學(xué)者開始這方面的研究，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、積極吸收相鄰學(xué)科的相關(guān)知識，了解最新進(jìn)展，不斷豐富自己。因此，他們在研究生招生方面積極拓寬招生范圍，努力吸收更多學(xué)科的人才，實(shí)現(xiàn)學(xué)科交叉、優(yōu)勢互補(bǔ)，組織優(yōu)秀人才進(jìn)行共同攻關(guān)，爭取在生物制造領(lǐng)域獲得新的突破。除了專業(yè)知識方面的要求，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)研究的保障和動力。

生物制造工程的發(fā)展還處于初級階段，很多問題等著史廷春和他的同行們一起面對和解決。人類離迎來生物制造大放異彩的時代是否已經(jīng)不遠(yuǎn)了？對此，我們滿懷期待。

史廷春在中學(xué)母校