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王琳 探秘生命“丝路”

2023-05-30王碧清

中华儿女 2023年1期
关键词:丝胶王琳丝路

王碧清

再生医学作为一门新兴学科,自诞生以来,已在3D打印、干细胞,以及生物材料研发等领域取得了系列成果和进步,前沿之中兼具跨学科的特性,涵盖生命科学、工程学、医学,乃至化学、物理学等多学科的最新内容,学科交叉创新成果为治愈人类疾病创造出更多可能和希望。

与再生医学结缘,王琳这一路走得既艰辛又笃定。

王琳现任华中科技大学附属协和医院检验科主任、组织工程与再生医学中心主任,平时承担了大量医疗及科研任务,同时她作为检验系系主任,还承担了教学、管理等工作。在再生医学领域,王琳选择了不同于干细胞疗法的再生修复技术,通过在体外或体内构建具有生物活性的组织和器官,对创伤或衰老的组织及器官进行修复、再生。

“我们每一个人都会随着年龄增长,不断走向衰老。在这个过程中,人体的某些器官可能会逐渐丧失功能或走向衰败。除了老龄化的原因,有的患者还可能是因为灾害或交通事故,导致某些组织遭到创伤而失去功能……如果我们能通过再生医学的方法,对其进行修复或替代,也许就能提高患者的生活质量,并使他们的寿命得到延长。”王琳说,这正是她与团队多年来致力于再生医学关键生物材料的创新研发与创伤修复新策略研究的动力源泉。

踏上学医之路,王琳直言,是很自然的过程。她的父亲是外科医生,母亲是内科医生,工作非常忙。王琳还记得,自己年幼时,只要病人需要,即使是在半夜,父母也总会匆匆出门诊治病人。

在医院值班室里,小时候的王琳会一边等父母下班,一边写作业。虽然父母忙碌,陪伴她的时间有限,但王琳可以近距离感受到父母为患者治愈病痛时的欣慰和幸福,这在她幼小的心灵播下了一粒种子。

就这样,耳濡目染,王琳也向往自己长大后也能成为一位医生。“能给病人带来生的希望,给他们的家人带来希望,是一件特别有意义的事情,也是我能想到的最崇高的事情。”对于女儿的选择,父母没有给予太多意见,而是默默地鼓励、支持。

2000年,王琳进入武汉大学生命科学院学习。一次学术讲座让她心中的方向更加确定。多年后,她仍记得,讲座中,那位教授回荡在教室里的声音,“一名医生即使竭尽全力,一次也只能救治一个病人,这就是我们为什么要开展医学科学研究,因为如果我们能从源头上把病因研究清楚、能够找到更好的治疗方法,那么我们能救治的就不止是一个人,而是一群人。因此,醫学科研虽然很辛苦,需要付出的也很多,却非常值得。”王琳深受触动。

本科毕业时,同学们去往天南海北追寻自己的理想,王琳将目光投向华中科技大学同济医学院附属协和医院,希望能在攻克人类疾病方面有所建树。“关注生命,关注人的健康,攻克与疾病相关的难题,这是我认为最为迫切的,也是最有意义的事。”

硕士研究生期间,王琳凭借优秀的成绩成功申请到布朗大学读博士的机会。2005年,她来到位于美国罗德岛州的布朗大学,师从国际组织工程学会副主席Herman Vandenburgh教授,同时作为访问学者,跟随美国工程院院士、著名再生医学专家、哈佛大学David Mooney教授,在哈佛大学开展联合研究攻关。王琳将课题选定为骨骼肌严重缺损的创伤修复,以期寻找到一种更新、更有效的创伤组织修复方法。

当时,王琳住在位于罗德岛州的布朗大学,为了到哈佛大学开展联合课题,她每天约五点起床,搭乘最早班的火车,跨州前往位于马萨诸塞州波士顿的哈佛大学,再转乘地铁,后步行到实验室。即使每天长达近三小时的通勤,她常常还是到达实验室最早的人。

她从事的实验研究,对于时效性要求很高,而要完成相关的实验,涉及到样品制备,材料表征、成像、动物实验、解剖、测试等多个环节,需要她统筹协调的环节有很多,许多实验必须要赶在一天内完成。高强度的工作,令王琳经常在暮色正浓时,才能踏上返程的火车。

王琳回忆,在哈佛大学的实验室,会遇到来自世界各地的教授、博士后、研究生,学科交叉氛围浓厚。大家各自学术背景不同,思维活跃,富有创造力和合作精神,互相交流促进,实验推进颇有效率,辛苦与煎熬也始终如影相伴。

波士顿的冬天常常冰天雪地,刻骨寒意令王琳的往返奔波更加艰难。许多个夜晚,她冒着零下20摄氏度的严寒独自穿过哈佛校园,再一个人乘坐火车返回罗德岛。火车上摇摇晃晃,她眯着眼,暂时休整一个多小时,返回住所后,又继续埋头整理实验记录。近四年时间,寒暑交替,这样的高强度工作和拼搏,她一直坚持着。

再度回忆那段科研经历,王琳觉得,“科研很辛苦,回想起来,我非常幸运能在年轻时,有机会为理想而奋力拼搏,为达到自己的科研目标而付出全部努力。虽然困难和挫折特别多,但是我在此过程中得到了磨炼与成长,这对我来说是奋斗的青春,是宝贵的人生经历。”

作为导师Vandenburgh教授的关门弟子,四年后,王琳不负期望,在骨骼肌的创伤修复工作领域获得国际PCT专利授权,以及导师的高度认可,也为下一步科研成果转化创造了良好条件。就在导师表示会在她无论是成果转化,还是继续从事科研,都会给予全力支持的时候,2011年,王琳决定回到家乡武汉。采访中,她坦然表达:“这个决定对我来说非常自然,也是非常坚定的,我心底的声音告诉自己,我一定会回到祖国。”

历史的车辙中总有相似的印迹。多年前,数学家华罗庚致留美同学公开信中写道:“为了抉择真理,我们应当回去;为了国家民族,我们应当回去;为了人民服务,我们也应当回去;就是为了个人出路,也应当早日回去,建立我们工作的基础,为我们伟大祖国的建设和发展而奋斗!”

一代又一代的留学生,将国家发展与个人前途命运紧密相连。王琳还记得,“父亲在德国攻读博士学位时,很早就给了我看世界的机会。我们全家人当时都在德国,但当他完成学业和工作之后,就带着我们全家归来,报效祖国。这在潜意识中对我产生了很大影响。”

在王琳出国之时,她就很明确,“出去后,一定要学到本领,再回来”。王琳留学时,国内的再生医学尚未成体系;多年之后,她学成回来,逐渐意识到,尽管自己沿着父辈足迹、走上这条道路,但一代人有一代人的使命,她的使命就是推进国内再生医学的发展,不但将国外先进的理念和技术带回祖国,更要通过自身的创新与拼搏,开辟再生医学的新方向,为人民健康服务,造福广大患者。

王琳说:“科研是非常艰苦的,当中有无数的失败,遇到困难的时候要不断爬起来再继续。希望通过我们的努力,能逐步推进对这个领域的认知,促进再生医学的创新发展和科技成果的转化,并使之服务于人民健康。”

回到武汉后,在华中科技大学同济医学院附属协和医院门诊楼内一间不起眼的办公室,王琳开始了新征程。“组织工程与再生医学中心”的门牌贴在办公室门口左侧玻璃墙上,静静地折射时光的流逝,也见证了实验室的发展。

刚开始的困窘,可以用“一穷二白”来形容。王琳和两名技术员、两三名学生,一起摸索科研课题方向。实验室内还空空如也,她就一边通过公共实验平台开展实验,一边努力查找资料,为实验室添置必要的实验仪器。

在国家海外青年高层次人才引进计划的政策、资金支持下,实验室从艰难的开局逐步进入了有序发展。王琳说:“有幸入选国家的青年千人计划以后,国家给了我们特别大的信任和支持,这是我作为一名青年科技工作者的‘第一桶金’。如果没有这些重要的支持,可能我们很难成长起来。”

最初,为了找到合适的再生修复生物材料,王琳进行了大量的实验探索,却并没有得到理想的发现。“新材料的研究,最开始的困难就是没有任何文献和经验可以遵循。”一次,她与自己的博士研究生聊天,对方曾在某蚕业研究所工作,双方讨论时谈及蚕丝中的丝素已获得多种应用,但丝胶的医学研究及应用还没有太多的研究。

“西陵氏劝蚕稼,亲蚕始于此。”以蚕茧的丝来织布,在我国有着悠久的历史,人们在长期劳作过程中不断总结经验,蚕丝中的丝胶含有色素、油脂、蜡质等,不利于印染,于是会在染色前,将丝胶去除,脱胶后,就能得到更高品质的丝。对于缫丝废料“丝胶”,王琳决定深入探索。

“当时我们对丝胶的特性并不清楚,更多的是探索。”王琳回忆。仅有的几篇陈旧的文献,许多数据和结果并不准确,他们就全部从源头重新开始探索。

丝胶的物理、化学性能,生物相容性、血液相容性、成胶性等都是实验和测试的内容。与此同时,因为这些材料未来有可能将用于体内移植和应用,免疫原性的实验也必不可少。接下来,这种材料是否能实现预先设定的功能,能否被降解、降解以后的产物是否可以被代谢……王琳带着团队成员一一展开测试。

团队通过各种方法寻找到不同品系的蚕茧,有的来自各地的蚕丝研究所,有的是在网络平台购买,有的是由养蚕的朋友提供……一包包来自全国各地不同品系的蚕茧,汇集到实验室的一个大箩筐内。这也意味着每研究一种蚕茧,她们都要将所有的实验全部测试一遍。

通过一次次辛苦的实验筛选,团队找到一种突变的蚕茧,其蚕丝蛋白的性能优越,有望作为一种理想的生物材料,在人体中实现创伤修复。

确认了丝胶的特性后,王琳开始在丝胶的提纯上下功夫。在大量的提取方法尝试之后,她们找到一种“溴化锂低温提取法”。这种方法既能够保存丝胶的完整结构,又能不破坏丝胶的生物活性。经过大约三年的坎坷与尝试,王琳和团队实验证实,这种丝胶既具有优良的细胞黏附性、成胶特性,又具有天然荧光特性、便于监测,是适用于组织创伤修复再生的天然生物材料。这样的发现令团队感到振奋,也给予她们继续探索的信心。

2015年,王琳带领团队将丝胶应用于外周神经创伤修复,成功研发了可用于体内移植的组织工程丝胶神经导管,并揭示了相关的修复机制,发现其修复效果可以媲美自体神经移植。所谓自体神经移植,就是将人体自身的一段神经移植到神经缺损的地方,但是这样会给病人带来多处创伤,并且修复效果有限。而他们的这项成果能破解这个难题,并且因为这种特制的丝胶神经导管不仅能完成神经结构和功能的修复,还可以在功能完成之后被人体吸收,不必开刀再取出,更大程度减少患者的伤痛。该成果作为封面刊登于国际权威期刊《先进医疗健康材料》。这是关于丝胶生物材料在动物体内的第一项成功应用的范例,也标志着一个新的开端。

接下来,王琳团队继续围绕创伤修复的多个方面开展了基于丝胶再生修复生物材料的系列探索研究。

2016年,王琳团队又取得了新进展。他们研究出一种丝胶水凝胶,有望应用于中枢神经损伤修复。这种可以用于体内移植的凝胶,在实验中被证明,可以作为神经细胞的良好载体用于脑卒中的修复与治疗。她们还针对心肌梗死,研制出了可注射型丝胶水凝胶,可用于心肌的微創修复,能有效恢复心功能并有望应用于心梗的临床治疗。

2020年,王琳团队创新研发出具有记忆性形变、促分化的丝胶生物支架,应用于脑卒中的微创修复治疗。团队在小鼠脑部血管设计模拟实验,证明了在脑卒中发生后,植入丝胶神经支架后,可以挽救濒死的神经脑元,也可避免脑部神经元的大量死亡。

生胶生物材料在王琳团队锲而不舍的研究下,不断展现出更多可能。2021年,团队研发出智能光合产氧系统,可以通过光控产氧,挽救濒死神经元。这是一种纳米光合治疗方法,可以保护梗死区的神经细胞,促进血管再生,显著促进神经功能恢复……一项项新的治疗方式和修复策略不断产生。

在坎坷难行的科研创新中,王琳审慎而敏锐,常能从细微之处发现课题灵感。一次关于肿瘤治疗的讨论,王琳说,细胞具有能黏附吞噬丝胶的特点,那么耐药性的肿瘤细胞同样可能会黏附丝胶,于是提出通过使用丝胶作为一种“伪装”材料,搭载化疗药物进入耐药肿瘤细胞……之后,团队立即开展相关研究,证明了丝胶制备的药物载体,能够在肿瘤治疗中发挥作用。

实验时,团队常常遭遇失败。王琳总会鼓励大家不要气馁、以平常心待之,“探索性的实验出错或出现预料之外的情况,是很正常的,不应有自责的心态,即使是错误也是一种收获和经验。”

近期,王琳團队创新研发出一种基于丝胶的生物胶水,具有很强的黏附能力,可以在血液等湿环境中稳定粘合创伤组织。这种“神奇超级胶水”具有多种优越的特性:超强组织粘附力、能渗漏密封、能有效促进伤口愈合,高效封堵小肠渗漏;有望作为一种无缝线技术应用于外科手术,等等。

回国十余年来,王琳带领团队不断开拓创新,努力把丝胶生物材料的应用拓展到越来越多的创伤修复的分支——外周神经、中枢神经、心肌、软骨、骨骼肌、皮肤等,并逐渐产出一批标志性的研究成果。“针对不同类型的器官与组织创伤,我们建立了基于丝胶的创伤修复策略。下一步,我们希望针对临床上的难点痛点,将实验室里修复效果好、病人亟需的治疗技术和方法,积极进行临床转化。”

与王琳一起工作的科研人员,都能感受到她身上的“拼”劲儿。在繁重的科研工作同时,王琳也是医院检验科主任,科室里的临检组、生化组、免疫室、微生物室等多个专业组的管理工作同样需要她付出许多时间和心力。检验科的主管技师杨倩倩感叹,“我们主任随时随地都在工作,她身兼数职,科研、管理、教学,每个部门都有很多工作。”

在项目申报、基金申报等工作中,王琳也总是亲力亲为,一次次修改完善相关的文件。“她对待所有内容非常认真,做起事情来非常严谨认真。有时,一份科研报告,我们觉得已经修改得非常完善,她仍然能发现问题,不断地精益求精。这么多年来,因为主任对自己要求高,因此也潜移默化影响着我们做事的态度和责任心,就是认真与敬业。”杨倩倩说道。

作为华中科技大学附属协和医院教授、博士生导师,王琳负责检验系本科生的多门课程讲授,也负责博士生的科研带教。课堂上、实验室里,学生们渐渐喜欢上这位笑容温婉、做事严谨的教授,申请跟随王琳读博、做科研的各地学子数量近年来也不断增加。

王琳希望跟随她做研究的学生具备成为一名好的医学科研工作者的潜质。“首先得有正确的人生观,有理想、有信念,关心病人疾苦,甘愿致力于守护人民健康,认真刻苦,乐观上进,具有开拓创新精神,面对困难不畏挫折。”

李琪琳的硕士、博士研究生的导师都是王琳,如今她也已成为科研团队核心成员之一。一次实验,李琪琳连连遇到瓶颈,无论如何调整,都没有达到预期效果。看着几周的时间不断流逝,李琪琳愈发焦躁和沮丧,甚至产生了自我怀疑,“觉得自己不适合做科研”。王琳注意到她的情绪不对劲,便把她叫到办公室,了解到是实验问题,就和她逐一分析实验条件的筛选。在改进一个条件后,预期效果终于出现。王琳鼓励她:“科研是很辛苦的,并不是一蹴而就,需要长时间的积累,那些科研大佬们也都是经过了很长时间的默默努力最终才能登上科学的高峰。”这让李琪琳豁然开朗,“只有积极向上踏踏实实才能在科研的道路上走得更远”。

在着力培养年轻人良好的科研态度、帮助他们树立正确的人生观的同时,王琳的细致与关爱也温暖着团队里的年轻人。李琪琳读研后,第一次去找王琳,内心忐忑。但走进办公室,真正和王琳交流后,她的距离感和紧张感消失了。王琳问起她的家乡、家人身体、个人爱好。“后来在聊天中,她随口就能说出我们好多学生的家乡,这让我很感动,也让我意识到她对所有学生都是认真关心、了解的。她还会言传身教教我们做人的道理,比如教育我们要做一个诚实正直的人,科研诚信是科研工作者最基本的品质,等等。”李琪琳说。

平日里,王琳在注重研读文献、关心医学领域最新需求的同时,也非常关注其他学科的发展。“这一项我们应该能实现”、“这个领域的新方向,在你们的体系里是否有用?”……每每有最新科研文献、成果进展,她常会分享给学生、同行、合作者,在忙碌的间隙里,留言讨论。现阶段,人民对于生命健康的需求越来越高、越具体,王琳也能深切感受到,如今科研方法和过去有很大变化,“我们会将不同学科的新理念和新技术融入我们的工作,比如我们也会使用AI算法,利用更先进的成像技术等找到规律,再利用建模的方式进行材料的个性化设计。因此,我们能深刻体会到跨学科交流特别重要,也从中受益很多。”

因开创了丝胶生物材料在再生医学中研究及应用的新领域,建立了一系列基于丝胶生物材料的创伤修复新策略,王琳先后荣获第13届中国青年女科学家奖、湖北省科技进步一等奖、霍英东青年教师奖、首届钟南山青年科技创新奖、吴阶平医药创新奖、中国青年五四奖章等。她带领20余人的团队在国际一流期刊《自然-生物医学工程》、《尖端科学》等发表高水平SCI论文130余篇,获批国际/中国发明专利28项,主编或参编多部国家权威教材。

虽然已取得多项成果,但王琳认为“这只是一个小小的开端”。“大家经过十余年的共同付出、日积月累的努力,才有了现在的阶段性成果,这给了大家继续前行的信心。希望我们的创新成果最终能够转化到临床、造福更多患者,即使这可能是一个比较漫长的过程。”

看着现在的实验环境和条件渐入佳境,王琳感言:“希望未来能为国家培养更多优秀的人才,能够建立更大规模的研究院。不仅仅是我们一小群人在创新,更要培养新一代创新人才,推进学科整体发展,促进领域创新与成果转化。要让学科、人才成长起来,让更多科研理论、成果进入教科书,力争产出更加符合临床需求、符合病人需求的创伤修复策略和组织工程产品,造福社会,造福人民。希望能通过我和团队成员的毕生努力,为健康中国作出新的更大贡献。”

责任编辑 张惠清

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