开启生物医学领域的曙光

本刊记者/温斌

医疗领域是近年来备受社会关注的领域之一，而生物打印技术则是医疗领域科技创新的热点，3D打印技术的短流程、个性化、数字化和智能化特征，使其在新质生产力的形成中扮演了举足轻重的角色。科教资源是陕西最显著的优势和最鲜亮的底色，创新资源丰富也是陕西的最大优势。在陕西科技创新的大潮中，有着一批又一批像贺健康和他的生物3D打印团队一样的奋战在科技前沿不断探索的弄潮儿。

◁充满活力的学术带头人贺健康教授

◁不断探寻生物3D打印技术的创新与突破

“生物打印技术作为一种新兴的技术，其应用前景十分广阔。生物医学是3D打印最重要的应用领域，通过和医学影像建模技术结合可以实现人体组织与器官的个性化定制，成为高端医疗器械制造的利器，也为我国改变高端医疗产业严重依赖进口现状、实现国际水平追赶超越提供了黄金机遇”。在和贺健康教授交流时他对其研究方向和意义进行了言简意赅的介绍。

△可降解生物支架仿生设计与增材制造简介展示图

贺健康教授是一名“土生土长”的交大人。从1999年到2010年，他本、硕、博的学习都在西安交大机械学院完成，师从中国工程院院士、西安交大教授卢秉恒和西安交大机械学院教授、机械制造系统工程国家重点实验室主任李涤尘。2003年，贺健康了解到卢秉恒教授研究的3D打印技术，看到电脑上的模型图转瞬间变成实物，贺健康被高度自动化与智能化的制造技术吸引，被导师团队敢于创新与拼搏实干的精神感染，对生物3D打印技术产生了浓厚的兴趣——他认为这种全新的制造技术，在将来一定有着广泛应用。于是，贺健康放弃了保送清华大学攻读硕士研究生的机会，选择留在西安交大机械工程学院继续深造选择肝组织工程支架生物3D打印技术方向直接攻读博士学位。后来贺健康又争取到了前往新加坡进行毕业设计的宝贵机会，更使他认识到制造技术在生物及医疗领域的广泛应用前景。

△遇到瓶颈，及时分析问题实质，寻求解决方案

3D打印技术以其精密和灵活的特点，能够生产出传统制造方法难以企及的复杂产品和零件。无论是在航空航天领域的精密部件，还是在医疗器械领域的定制化产品，3D打印都展现了其高端化制造的巨大潜力。当时生物3D打印技术在国内并未得到太多关注，只有清华大学和西安交通大学在尝试与摸索，贺健康和其他团队成员在缺乏前期基础和实践经验的情况下“摸着石头过河”，反复“试错”，扎实推进，从理论研究到实验室试制，从动物实验到临床应用，最终开辟了西安交大关于可降解软组织支架研究的新天地。相较于人体骨骼“硬组织”，具有生物功能的“软组织”在临床方面需求巨大。贺健康所在的生物3D打印团队，以“生物可降解支架微结构仿生设计制造基础”项目，获得2019年度全国高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）自然科学一等奖。该团队通过生物可降解支架微结构的仿生设计与3D打印制造，使支架植入体内后能够引导组织再生并逐渐降解为二氧化碳和水被人体代谢，实现了机械结构向自体组织的转化。此外，通过梯度结构将人体软硬组织有机固定，达到修复软组织功能的目的，推动医疗领域的发展。

△“做一流学问，创顶尖技术”的科研团队

△创新传承—打造团队的精神动力

贺健康现为西安交通大学机械工程学院副院长、二级教授、“仿生与生物增材制造”陕西省创新团队负责人，入选国家杰青。长期开展生物制造与增材制造研究。兼任国家CFDA医疗器械技术审评委员会咨询专家、多个国家级学术组织的常务委员等职务。他长期开展生物制造与增材制造研究，研发了可降解植入物及微纳增材制造工艺与装备，率先实现可降解乳腺支架、气管外支架等临床试验，被国际医学专家评价为“原创性技术”“科学家、工程师与医生成功合作的优秀范例”。他的研究成果已完成60余例临床应用，获授权发明专利40 余项，以第一通讯作者发表高水平SCI 论文80余篇，获教育部自然科学一等奖、教育部技术发明一等奖等奖项。

深耕人体植入物3D打印技术，塑造医疗材料领域新质生产力的先锋。贺健康一开始的科研工作主要关注人体骨打印的研究，博士期间则转向人体肝脏组织制造课题的探索。与骨骼的设计研究只需要考虑力和结构的传统机械问题不同，肝脏更重要的是生化功能。面对新的挑战，贺健康选择迎难而上，先后于2006年前往北京解放军总医院学习细胞技术，解决细胞存活问题；于2008年前往哈佛医学院进行为期两年的联合培养，解决如何使细胞发挥出生物功能的困扰。国外细胞培养的标准化流程让他深切地感受到学科交叉的重要性。贺健康认为当一个人同时掌握医学背景和工程知识后，其思维会发生质的提升。通过不同领域的思想碰撞、知识互补，实现研究创新；通过医工交叉，以工程手段解决临床问题，实现1+1＞2的效应。”贺健康认为，交叉思维的培养理念就是要不断推进人员和知识的融合，多学科交叉的思维在一些时候会令难题迎刃而解。

在最后的交流中，作为记者提出几个读者关切的问题：生物3D打印再造器官对人体有没有副作用，有没有排异反应？产品在各种真实工况下的性能表现,如强度、耐热、抗腐蚀等性能如何？生物3D打印墨水材料研究的进展方面再了解一些情况？

“生物3D打印技术的应用——开启生物医学领域希望的曙光”。贺健康教授介绍说。

△生物3D打印技术为医疗手术介入提供了全新的解决方案

贺健康的研究工作始于3D打印人体植入这一方向，逐步扩展到各个领域，力求以制造技术变革医疗修复技术。相较于传统的假体植入，生物3D打印技术不仅在细胞生长中“筑巢引凤”，提供良好支撑，还具有良好的可降解性。3D打印除了在宏观上可以满足患者的实际需要，在复杂微观结构的构建中也有着巨大的优势，可以通过对微观结构进行调控，让细胞和组织更好地生长。自2001年团队实现国际首例3D打印钛合金下颌骨临床试验以来，西安交大的生物制造技术已逐步拓展个性化PEEK植入物、可降解、可再生软组织支架乃至活性器官制造等多个领域。目前临床应用的3D打印人体植入物多是钛合金、聚醚醚酮、可降解聚合物等材料，这些材料已经经历了较长时间的临床使用验证，生物相容性很好，在人体长期使用的副作用和排异反应不大。

生物3D打印产品因为是在人体使用，所以强度、耐热及抗腐蚀性能需求不突出，像现在打印的钛合金、聚醚醚酮植入物的力学性能均可达到承载部位骨科的需求，像我们制造的3D打印个性化乳房支架还要想着如何降低强度，与软组织的力学性能相匹配。2016年实现了可降解乳腺支架的国际首例临床应用。目前该项技术已经临床应用30余例，气管外支架等技术也已完成临床应用几十例，患者均反馈良好。团队正逐步将前沿技术转向临床医学，团队的技术已应用于第四军医大学、西京医院、交大二附院、南京儿童医院、郑大一附院等临床治疗中，并在逐步实现产业转化，使更多患者受益。任何学科向前发展，都需要找到新的增长点，随着小康社会的到来和实现高质量发展的需要，面向人民生命健康的生物制造与3D打印会越发重要，希望医疗科技创新的步伐能得到进一步加快。

生物3D打印墨水是面向未来活性组织与器官打印的关键材料，这里面不仅包含材料成分，还包含生长因子、细胞等生物学成分，目前主要还是处于实验室研究阶段——科技的创新，就是要不断地探索。不论我们是向前看科技发展的趋势，还是从当前挖掘科技价值、探索未来商业的方向来看，生物3D打印技术具前瞻性和颠覆性，成为聚焦前沿生物医学领域的新丰碑，为患者带来福音，带来曙光。

科技需要不断创新，贺健康教授和他的生物3D打印团队也在不断地研究探索中。