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【西安日報】西安交大生物3D打印團隊:以“微結構”搭建人類健康“軟橋梁”

發布時間:2020-03-28

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,但目前國內外在該領域的研究及應用尚處于起步階段。西安交通大學機械學院賀健康教授所在的生物3D打印團隊,日前以“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。

聚焦前沿,開辟軟組織研究新天地

賀健康是一名“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。在兩位老師的帶領下,經過多年潛心探索,團隊的生物3D打印研究在國內已頗有名氣。2014年,該團隊基于3D打印的個性化骨替代物的研究成果,獲得國家技術發明二等獎。

賀健康關于肝臟可降解支架制造的博士課題,是伴隨著團隊由骨組織個性化制造向可降解軟組織支架研究的轉型而產生的?!皥F隊的個性化骨替代物研究,在2001年已經到了臨床階段;2005年李滌塵老師提議我們向可降解軟組織支架制造方向轉型,而國內外當時在該領域的研究尚屬于起步階段?!被貞浧鹎髮W之路時,賀健康說。

團隊在當時沒有太多文獻經驗借鑒的情況下“摸著石頭過河”,反復“試錯”,扎實推進,一步步走向學術前沿、引領生物制造技術發展,開辟了西安交大關于可降解軟組織支架研究的新天地,以“微結構”設計,進行力學和組織再生匹配研究,搭建人類健康的“軟橋梁”。

醫工交叉,從理論研究到治病救人

從2005年至2016年,賀健康所在團隊在可降解軟組織支架方面的研究,一直處于學術理論階段;而相關技術走向臨床的轉折點出現在2016年,當時賀健康跟隨李滌塵和唐都醫院進行了一次案例交流。

“當時,有位患者氣管狹窄7厘米,醫學上一般將氣管狹窄在6厘米以上的視為不治之癥?!痹诹私饣颊叩那闆r后,團隊試著做大段的可降解支架結構來支撐軟化氣管,唐都醫院用該團隊通過3D打印制造的可降解氣管外支架為患者做了手術。20天后,患者奇跡般的從重癥監護室走出,這更加堅定了團隊從事可降解軟組織支架研究的信心。隨后,他們團隊在氣管支撐方面的技術在西京醫院、南京兒童醫院、鄭大一附院等醫療機構均有所應用,截至目前相關應用已有十幾例。

2016年8月,該團隊進一步和第四軍醫大學甲乳外科合作,探索采用可降解軟組織支架解決年輕女性乳腺癌患者在腫瘤切除后的乳房填充修復問題。因之前傳統的醫學手段是用硅膠填充,而硅膠往往存在老化及滲漏等問題,他們團隊通過可降解支架微結構仿生制造技術,使得制備的支架的力學性能與乳腺組織匹配,可以在人體內引導自體組織生長并最終無縫愈合。醫院反饋,患者在手術9個月后復查效果很好,而這樣的手術在當時屬于全球首例。截至目前,相關應有已有十幾例。

然而,成功并不是一蹴而就的,該團隊在研究過程中遇到過很多困難?!叭梭w的生物功能復雜,僅憑機械知識無法進行軟組織的深入研究。李滌塵老師經常教導我們要注重跨學科交流合作,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?!辟R健康說。

傳承接力,向科學更深處進軍

從2005年接觸軟組織的可降解研究,到如今獲得教育部自然科學一等獎,賀健康的身份實現了由學生到團隊骨干力量的轉換,但不變的是他對科研的投入?!氨R老師和李老師經常教導我們要通過科學研究解決臨床問題,他們身上的優秀品質時刻激勵著我踏實做事、老實做人?!爆F在,賀健康正努力將這份科研精神傳承給自己的學生,教導他們在繁華世界里堅守平靜的科研事業。

“興趣、勤奮、認真”,是對待科研最重要的態度,他也以此標準要求自己的學生?!拔医洺=虒W生要養成良好的科研規范習慣,敬畏學術紅線。同時要學會過程思考,總結科研的成功經驗和失敗教訓,面向醫學需求,服務社會與患者,帶動醫學領域的發展?!?/p>

對于團隊獲得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,賀健康認為這只是一個起點,這代表著從個性化假體制造向可降解可再生方向發展的趨勢,代表著生物制造研究由硬組織向軟組織的轉變?!拔覀儓F隊下一步將朝著人體重要器官如心臟、神經等可降解制造的方向發展,通過精細的結構制造,將導電、傳感等功能加入支架中,更好地服務人類健康?!辟R健康信心滿懷。

原文刊載于2020年3月24日西安日報第6版

報道鏈接:http://epaper.xiancn.com/newxarb/html/2020-03/24/content_419983.htm?div=-1

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