生物制造—还残损生命以完整

工作中的史廷春

由于先天残疾或者后天病变而导致的器官缺失或损伤，严重影响着患者的生活质量，虽然目前有器官移植这一方式，但是由于难以等到适合的器官或者存在排异反应，使得器官移植的境况也并不是很乐观。很多人或许都幻想过以患者的某些细胞为原料，人工“制造”出合适的器官，并为患者移植。这听起来很简单，但是因为生命体的神秘以及结构的复杂，要想达到“再造”人体器官的目标，可不是一件容易的事。然而，国外某研究机构宣布研制出能够“打印”血管的机器，让人为之精神振奋，仿佛离再造器官的梦想近了一步。有人从“生命完全是物理化学的产物”这一哲学理念出发，认为任何复杂的生命现象都可以用物理、化学的理论和方法在人工条件下实现。姑且不论这个观点是否有太过自信的嫌疑，其中蕴涵的新思想，却启发着人们进行深入的探索和研究。

运用生命科学的原理和方法以及现代制造科学，通过单个细胞和细胞团簇的直接和间接受控组装，完成具有新陈代谢特征的生命体成形和制造，经过培养和训练，用以修复或替代人体病损的组织和器官，这一复杂过程就被称为“生物制造”。生物制造这一概念被提出的时间并不长，在上世纪90年代末才有学者明确提出，但是其发展速度却是飞快的。我国这方面的研究起步也很早，早在1997年，我国就有学者在裸鼠背上成功再生人耳廓形状的软骨，从而展示了组织工程技术“再生”人体组织、修复缺损的可能性。十多年过去，生物制造越来越受到人们的关注，相关研究工作风生水起。

2006年，杭州电子科技大学成立生物制造研究中心，正式加入生物制造研究队伍。史廷春教授就是在2006年1月来到杭州电子科技大学，担任生物制造研究中心的规划和建设负责人和中心副主任。中心主要负责开展生物制造、药物筛选以及生物芯片的研究工作。

史廷春1987年毕业于河北工学院机械系，后分别于1991年和1999年两度考入清华大学，获得硕士和博士学位。在博士研究生阶段，他开始从事生物制造方面的研究。目前他的研究主要集中在两个方面：一是以生物可降解材料进行的组织和器官制造，二是以不降解材料进行的人工软骨替代研究，并主持了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金和浙江省科技厅公益项目等重要科研项目。其中，国家自然科学基金资助的项目是人工脊髓支架的研究，研究旨在寻求一种具有多孔结构、可降解、为脊髓损伤提供种子细胞繁衍、代谢理想环境的桥接替代物，以促进脊髓损伤的功能恢复；浙江省科技厅资助的项目是个性化人工耳廓快速制造，目的是为小耳畸形、颅颌面畸形修复与美容整形提供个性化、客户化的支架以及配件制备服务。史廷春教授告诉我们，目前这些研究已经获得了初步实验成果，正在积极进行临床应用前的准备工作。

除了上面提到的科研项目，他带领的课题组还在进行关于生物制造的其他一些研究和测试，主要包括不降解的整形美容修复件、可降解的含有复杂结构的组织支架、人工喉的研究。不降解的整形美容复件方面，目前已进入临床前的准备工作阶段；可降解的含复杂结构的组织支架在小动物身上的实验已经取得令人满意的成果，目前正在进行大动物试验；在人工喉研究方面，由于人的喉结构和运动复杂，需要满足形状维持、吞咽、呼吸、发声等多项功能，且其结构细小、位置表浅，因此人工喉的研究与应用也就具有很大的挑战性，课题组希望通过建立几何、物理模型，通过对病人喉软骨结构个性化、优化的数学表述，指导喉软骨支架材料的选配和成形，并对活关节进行设计，以满足喉软骨诸多功能的需要。

相关调查显示，目前由40多种不同材料制成的人工器官、组织工程产品和植入物中，已经有超过50个品种的产品用于临床，比如人工关节、人工血管、人工皮肤、人工骨、心脏支架、人工眼内晶体、组织工程软骨等等。这些产品的研发和应用，显示出生物制造事业发展的迅猛势头以及巨大潜力。但是，在高速发展的同时，生物制造的发展道路也并不是一片坦途，很多问题让研究者们头疼，如人工组织和人工器官的生物相容性有待提高、宿主的排斥反应亟待降低、难以培养出大量的单细胞和细胞簇、很难长时间保持细胞簇的生物性状等等。

史廷春教授也提到了所面临的挑战：“我们在人工组织和器官的生物制造方面取得了丰富的研究成果，来自医学、材料科学、计算机科学、制造科学、化学等多学科的专家学者从多方面展开了研究，如基于理化方法的人工器官、基于机电方法的人工器官等等。但是这些研究的不足在于它们仅仅是对天然组织器官功能的部分模拟，这是不够的，实现天然组织和器官功能的恢复和重建，才是生物制造研究领域的理想目标。因此，组织器官数学模型的建立、材料遴选、材料之间的结合方式、材料与细胞的结合、细胞之间关系的建立，都成为本领域需要研究和突破的重要课题。”生物制造工程大规模得到应用、为人类造福是大势所趋，但是其面对的问题也是实实在在存在的。对于如何解决上面提到的种种问题和阻碍，史廷春教授提出了自己的看法。他认为，单一学科的研究难免会有局限性，要想真正解决这些问题，需要多个学科领域专家的联合攻关、共同努力。

说到他认为最应该加大研究力度的方向，他提到，我国是肝病和肾病的高发国，以乙型肝炎和肝癌为代表的肝病、以肾衰竭和尿毒症为代表的肾病，正在困扰和折磨着很多患者，给患者和家人带来了极大的痛苦和负担，目前治疗或者缓解肝病和肾病的有效方法是肝肾移植，但是由于等不到合适的供体，很多患者都失去了最佳的治疗时机，从而严重影响了疾病的治疗。因此，他表示，生物制造学家们应该汇聚各自学科的智慧，潜心研究，联合攻关，争取在肝肾这两个重要脏器的重建理论和技术上寻求突破，使患者最终能够获得重建的具有完善功能的组织器官，从而摆脱透析，摆脱移植，提高疾病的治愈率，提高生命质量。

一个学科的发展，人才是最重要的推动力，一切的发展都源于人才的发展。因此，生物制造工程能够发展到何种程度、发展速度的快慢，都取决于该领域人才的培养情况。史廷春教授告诉我们，他们在人才培养方面也下了大工夫。由于生物制造是一个交叉学科，涉及从信息到材料、从医学到工程科学的诸多领域，无论相关领域哪个领域的学者开始这方面的研究，都能够为生物制造的发展贡献力量，这就要求生物制造领域的人才更应该注重学科交叉、博采众长、积极吸收相邻学科的相关知识，了解最新进展，不断丰富自己。因此，他们在研究生招生方面积极拓宽招生范围，努力吸收更多学科的人才，实现学科交叉、优势互补，组织优秀人才进行共同攻关，争取在生物制造领域获得新的突破。除了专业知识方面的要求，他还提到，真正的人才，需要具有敏锐的观察力、丰富的人文情怀，这些都是进行深入持续研究的保障和动力。

生物制造工程的发展还处于初级阶段，很多问题等着史廷春和他的同行们一起面对和解决。人类离迎来生物制造大放异彩的时代是否已经不远了？对此，我们满怀期待。

史廷春在中学母校