以“微結(jié)構(gòu)”搭建人類健康“軟橋梁”——記西安交大生物3D打印團隊

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(nèi)外在該領(lǐng)域的研究及應(yīng)用尚處于初期起步階段。西安交大機械學(xué)院賀健康教授所在的生物3D打印團隊通過生物可降解支架微結(jié)構(gòu)的仿生設(shè)計與3D打印制造，使支架植入體內(nèi)后能夠引導(dǎo)組織再生并逐漸降解為二氧化碳和水被人體代謝，實現(xiàn)了機械結(jié)構(gòu)向自體組織的轉(zhuǎn)化。

近日，該團隊《生物可降解支架微結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計制造基礎(chǔ)》項目獲得2019年度高等學(xué)校科學(xué)研究優(yōu)秀成果獎（科學(xué)技術(shù)）自然科學(xué)一等獎。

賀健康是“土生土長”的交大人，本碩博學(xué)習(xí)都在西安交大機械學(xué)院完成，師從中國工程院院士、西安交大教授盧秉恒，西安交大機械學(xué)院教授、機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室主任李滌塵。在兩位老師的帶領(lǐng)下，經(jīng)過多年潛心探索，團隊的生物3D打印研究在國內(nèi)頗有名氣，2014年，團隊基于3D打印的個性化骨替代物的研究獲得國家技術(shù)發(fā)明二等獎。

賀健康關(guān)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(zhuǎn)型而產(chǎn)生的。

“團隊在個性化骨替代物研究在2001年已經(jīng)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(zhuǎn)型，而國內(nèi)外當(dāng)時在該領(lǐng)域的研究尚屬于起步階段?！辟R健康說，在當(dāng)時沒有太多文獻(xiàn)經(jīng)驗借鑒的情況下，團隊“摸著石頭過河”，反復(fù)試錯，扎實推進(jìn)，開辟了西安交大關(guān)于可降解軟組織支架研究的新天地，以“微結(jié)構(gòu)”設(shè)計，進(jìn)行力學(xué)和組織再生匹配研究，搭建人類健康的“軟橋梁”。

“人體的生物功能復(fù)雜，僅憑機械知識無法進(jìn)行軟組織的深入研究。李滌塵老師經(jīng)常教導(dǎo)我們要注重跨學(xué)科交流合作，通過不同領(lǐng)域的思想碰撞，知識互補，實現(xiàn)研究創(chuàng)新；通過醫(yī)工交叉，以工程手段解決臨床問題，實現(xiàn)1+1>2的效應(yīng)?！辟R健康說。

從2005年至2016年，賀健康團隊在可降解軟組織支架方面的研究一直處于學(xué)術(shù)理論階段，相關(guān)技術(shù)走向臨床的轉(zhuǎn)折點發(fā)生在2016年，當(dāng)時賀健康跟隨李滌塵和唐都醫(yī)院進(jìn)行一次案例交流。

“當(dāng)時有位患者氣管狹窄7公分，醫(yī)學(xué)上一般將氣管狹窄超過6公分以上視為不治之癥?！痹诹私饣颊叩那闆r后，賀健康帶著團隊試著做大段的可降解支架結(jié)構(gòu)來支撐軟化氣管，唐都醫(yī)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(shù)。20天后，患者奇跡般地從重癥監(jiān)護室走出，這堅定了團隊從事可降解軟組織支架研究的道路。隨后他們在氣管支撐方面的技術(shù)在西京醫(yī)院、南京兒童醫(yī)院、鄭大一附院等應(yīng)用已有十幾例。

2016年8月，賀健康團隊進(jìn)一步和第四軍醫(yī)大學(xué)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(fù)問題。因之前傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)手段是用硅膠填充，而硅膠往往存在老化及滲漏等問題，他們通過可降解支架微結(jié)構(gòu)仿生制造技術(shù)，使得制備的支架的力學(xué)性能與乳腺組織匹配，可以在人體內(nèi)引導(dǎo)自體組織生長并最終無縫愈合。醫(yī)院反饋，患者在手術(shù)9個月后復(fù)查效果很好。

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(xué)一等獎，賀健康的身份實現(xiàn)了由學(xué)生到團隊骨干力量的轉(zhuǎn)換，但不變的是他對科研的投入。

“盧老師和李老師經(jīng)常教導(dǎo)我們要通過科學(xué)研究解決臨床問題，他們身上優(yōu)秀的品質(zhì)時刻激勵著我踏實做事，老實做人?！倍F(xiàn)在，賀健康正努力將這份科研精神傳承給自己的學(xué)生，“我經(jīng)常教導(dǎo)學(xué)生要養(yǎng)成良好的科研規(guī)范習(xí)慣，敬畏學(xué)術(shù)紅線。同時要學(xué)會過程思考，總結(jié)科研的成功經(jīng)驗和失敗教訓(xùn)，面向醫(yī)學(xué)需求，服務(wù)社會與患者，帶動醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展?！?/p>

對于團隊獲得2019年度高等學(xué)校科學(xué)研究優(yōu)秀成果獎（科學(xué)技術(shù)）自然科學(xué)一等獎，賀健康認(rèn)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(fā)展的趨勢，代表著生物制造研究由硬組織向軟組織的轉(zhuǎn)變，“我們下一步將朝著人體重要器官如心臟、神經(jīng)等可降解制造的方向發(fā)展，通過精細(xì)的結(jié)構(gòu)制造，將導(dǎo)電、傳感等功能加入支架中，更好地服務(wù)人類健康?！保ㄖ袊逃龍蟆袊逃侣劸W(wǎng)記者 馮麗 通訊員 朱凡煜）