在未來，生物3D打印技術(shù)將讓人類永生？
谷歌的拉里·佩奇說，細(xì)胞的3D打印，還有現(xiàn)在的細(xì)胞重編程，這些技術(shù)在未來有可能攻克死亡。未來學(xué)家雷·庫茨韋爾有一個更“瘋狂”的說法，他說人類已經(jīng)到了“永生的邊緣”。雷·庫茨韋爾的解釋是，未來二三十年開發(fā)的技術(shù)，可以讓你再多活二三十年，多活的二三十年又有新技術(shù)出現(xiàn)，可以再讓你活得長一點。
而在中國，杭州電子科技大學(xué)教授、捷諾飛生物科技有限公司創(chuàng)始人徐銘恩與其團(tuán)隊，成功研制出了可打印生物材料和活細(xì)胞的商品級3D打印機(jī)。這個團(tuán)隊提供的基于3D打印的藥物開發(fā)服務(wù)、假肢康復(fù)輔具等醫(yī)學(xué)應(yīng)用，已經(jīng)拓展到了全球十大制藥公司和知名的醫(yī)療機(jī)構(gòu)。
不追求違反自然規(guī)律的“永生”
生物3D打印技術(shù)發(fā)展究竟能給人類帶來什么樣的福音？徐銘恩對此有著自己的理解。“我相信，通過研究3D打印，一定可以延長人類的壽命，但我個人覺得研究這樣的技術(shù)不是去追求違反自然規(guī)律的永生，讓天下父母活到兒女成家，長輩活到晚輩盡孝，這是我們工作最大的熱情來源，與自然和諧共存才是我們的追求。”
在高中時代，徐銘恩就是物理學(xué)科的“學(xué)霸”。高二時，他已經(jīng)開始系統(tǒng)學(xué)習(xí)微積分、大學(xué)物理，并在各級物理競賽中嶄露頭角。
但也就是在這一年，他的外公去世了。“學(xué)校離醫(yī)院很近，接到外公病危的消息，我從教室跑去病房，看著他的心跳曲線從有到無，摸著他的手漸漸涼去。”
徐銘恩開始覺得，“物理離挽救生命的技術(shù)有點遠(yuǎn)”。生命科學(xué)成了他的新方向。
高考填志愿時，他選擇的專業(yè)是“藥學(xué)”，想著開發(fā)新藥物來治病。本科讀下來，發(fā)覺還是需要了解更多的技術(shù)，研究生階段又轉(zhuǎn)攻生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)，希望能用新技術(shù)來解決藥物無法治療的疾病。
2005年，徐銘恩在做博士后研究時，接觸到了生物3D打印。“如果這項技術(shù)能運用到醫(yī)學(xué)上？”他就此“定情”。
2012年他和團(tuán)隊在這一領(lǐng)域的工作，被國際期刊《Biomaterials》（《生物材料》）評價為“生物3D打印領(lǐng)域最先進(jìn)水平”。
2013年，為了給其他生物醫(yī)學(xué)研究的科學(xué)家提供穩(wěn)定的工作平臺，他和團(tuán)隊一起，成功研制出可打印生物材料和活細(xì)胞的商品級3D打印機(jī)“Regenovo”。這臺3D打印機(jī)，成功打印出了人類肝臟單元、脂肪組織等，打印出的細(xì)胞存活率達(dá)90%，最長存活時間4個月。
“實踐證明，3D打印在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的運用很廣，例如用于制作醫(yī)療模型，術(shù)前將體內(nèi)病變的骨骼或器官打印出來，供醫(yī)生和患者溝通或制定手術(shù)方案。又如藥物篩選、假肢假體等等。”
多年基礎(chǔ)研究，他經(jīng)歷了很多次考驗，不乏“絕望時”，但他堅持跑了下來。他說，“理想不是掛在嘴邊說的，有時甚至可能忘記它還存在，但在人生無數(shù)次選擇和堅持的關(guān)口，理想就是關(guān)鍵的那枚砝碼。”
3D打印技術(shù)已經(jīng)成為一個技術(shù)上的巨大突破。眾所周知，電腦和互聯(lián)網(wǎng)取得了巨大的進(jìn)步，3D打印也將以相同的方式，去開啟一個研究和開發(fā)的新時代。
目前已經(jīng)有一些科學(xué)家、投資者甚至NASA（美國國家航空航天局）看到3D設(shè)備的潛力，并想著盡最大的努力去充分發(fā)掘使用這一新興技術(shù)。下面介紹了一些人們使用3D打印技術(shù)制作的令人驚嘆的東西。
1.3D打印機(jī)
3D打印機(jī)是否能夠打印出一個3D打印機(jī)呢？目前3D打印技術(shù)的研究者們正在把這個作為一個項目來研究，與俄羅斯套娃類似，這種開源程序旨在制作一個可以復(fù)制自己的3D打印設(shè)備。該項目是完全開源的，允許任何人貢獻(xiàn)和幫助實現(xiàn)這個目標(biāo)。到目前為止，這個項目已經(jīng)發(fā)布了四個不同版本的印刷設(shè)備。目前的設(shè)想是3D打印機(jī)能夠復(fù)制出所需的另一個副本幾乎所有的零件，并且可以打印無數(shù)次。
2005年，正在清華大學(xué)機(jī)械工程系做博士后研究的徐銘恩，接觸到了生物3D打印。
細(xì)胞3D打印的生物學(xué)基礎(chǔ)源自一個著名的實驗：把老鼠的動脈血管切成一個個的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，像甜甜圈一樣，把這些“甜甜圈”全部套起來，大約72小時后，這些“甜甜圈”重新長到一起，形成一個有功能的、可以輸送血液的血管。這個實驗說明，假如科學(xué)家能在體外用一種技術(shù)把細(xì)胞按照它體內(nèi)的結(jié)構(gòu)堆積起來，是有可能成為功能性的結(jié)構(gòu)的。
但要把理論的可能性變?yōu)楝F(xiàn)實，并非易事。徐銘恩遇到的第一個難關(guān)是細(xì)胞的損傷率。最初打印出來的細(xì)胞，損傷率幾乎達(dá)到了90%以上，很多時候是100%。“我剛剛做的時候，幾乎絕望。大概7、8個月的時間里，不停地做，每天換三、四套實驗方案，換材料、換打印的參數(shù)，半年多以后，終于讓細(xì)胞在里面活下來了。”
解決這個問題后，徐銘恩又碰到“幸福的煩惱”，細(xì)胞在里面瘋長，把整個結(jié)構(gòu)都填滿了；又或者是，細(xì)胞長起來了，但把支架給吃掉了，因為用來做支架的材料是對細(xì)胞有營養(yǎng)的物質(zhì)。
圍繞這些情況，又進(jìn)行了較長時間的實驗。慢慢地，他可以控制細(xì)胞在里面的生長，甚至可以控制細(xì)胞在里面的分化。后來又發(fā)展到能預(yù)留出計劃中的通道。
從“甜甜圈”實驗到生物3D打印機(jī)
汽車有發(fā)動機(jī)、變速箱等部件，一旦壞了，可以更換。人的器官也會衰老，或者受到外力損傷，如何應(yīng)對？
現(xiàn)在的常規(guī)方法是器官移植，但需求量和供給量太過懸殊。例如在中國，器官移植的患者和供體的數(shù)量比是150：1。這意味著150個需要移植的患者中，只有1個人可以等到移植的器官。即使是那個“幸運兒”，由于移植的器官來自于異體，受到人體的自體免疫系統(tǒng)的排斥，因此一生都要一直服用抗免疫的抑制劑。
有沒有別的辦法？克隆是一種技術(shù)方案。但目前醫(yī)學(xué)上治療性的克隆，只對少數(shù)幾個疾病開放，胚胎培養(yǎng)不能超過14天。因為那時胚胎的心臟就開始跳動，神經(jīng)也開始發(fā)育，已經(jīng)是一個生命。所以不管是美國、英國，還是中國，對人的克隆都是明令禁止的。何況，克隆在技術(shù)上也還有許多問題需要解決。
所以3D打印技術(shù)出現(xiàn)后，科學(xué)家們認(rèn)為，其具有的快速性、準(zhǔn)確性及擅長制作復(fù)雜形狀實體的特性，使它在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用前景。
生物3D打印的101種可能
徐銘恩創(chuàng)立的杭州捷諾飛生物科技有限公司（以下簡稱“捷諾飛”），是中國3D打印產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的副理事長單位，也是如今國內(nèi)這一領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)。在國際市場，捷諾飛也受到關(guān)注。他們的研究成果在美國亮相后，導(dǎo)致同領(lǐng)域中一家知名的美國上市公司股價出現(xiàn)大幅波動。
“每個人的身體構(gòu)造、病理狀況都存在特殊性和差異化。3D打印與醫(yī)學(xué)影像建模等技術(shù)結(jié)合之后，就能夠在人工假體、植入體、人工組織器官的制造方面產(chǎn)生巨大的推動效應(yīng)。”徐銘恩說。
捷諾飛的“典型客戶”名單里，有上海交通大學(xué)、華南理工大學(xué)、四川大學(xué)、解放軍304醫(yī)院、天津武警總醫(yī)院、華西醫(yī)院、南京鼓樓醫(yī)院等。實踐證明，3D打印能很好地幫助制作醫(yī)療模型。術(shù)前將患者體內(nèi)病變的骨骼或器官打印出來，供醫(yī)生和患者溝通或制定手術(shù)方案。
除了來修補(bǔ)、替換人的器官以外，細(xì)胞3D打印技術(shù)在藥物研發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用也非常廣泛。
徐銘恩介紹說，目前既有的藥物開發(fā)有兩種類型：一種是高通量的分子模型，脫離人肌體的整體環(huán)境，所以篩選是不準(zhǔn)確的；第二種是動物模型，動物和人是有種間差異的，動物身體有效的，到人身上可能就無效；動物身上無毒的，到人身上可能就有毒。因此藥物的開發(fā)產(chǎn)業(yè)投入非常大，數(shù)字顯示，2011年美國制藥工業(yè)協(xié)會新藥研發(fā)投入約674億美元，其中光輝瑞一家就投資了94億美元。但是新藥產(chǎn)生的效率卻很低。
“現(xiàn)在有了3D打印技術(shù)，我們能用打印出來的人的細(xì)胞或組織器官，進(jìn)行藥物篩選，這給整個藥物篩選體系帶來了革命性的改變。”據(jù)了解，捷諾飛公司提供的基于3D打印的藥物開發(fā)服務(wù)，已經(jīng)拓展到了全球十大制藥公司和知名的醫(yī)療機(jī)構(gòu)。
此外，徐銘恩團(tuán)隊還成功完成了一些生物相容的生物支架的打印。“生物3D打印的支架在宏觀和微觀結(jié)構(gòu)上都可以很好地契合受損組織的結(jié)構(gòu)需求，這在臨床上，在為病人進(jìn)行組織修復(fù)時，是非常重要和有用的。”
“我們也在嘗試一些更有意思的工作，例如能不能把細(xì)胞打印到芯片上，然后讓細(xì)胞和芯片之間建立信號傳導(dǎo)。我們曾設(shè)計了一塊芯片，上面有不同的傳感器，有的可以感受細(xì)胞的生長，有的可以感受細(xì)胞的動作鏈位，把這個芯片封裝，在上面打印上不同的細(xì)胞，最后能夠檢測到那些打印的細(xì)胞的功能或者說活性。”徐銘恩說，用這個芯片來進(jìn)行藥物篩選，他們篩出了一些很有前途的抗腫瘤藥物。
生物3D打印技術(shù)再繼續(xù)發(fā)展下去，會到什么程度？
徐銘恩預(yù)計：“也許有一天，我們可以用3D打印技術(shù)做出人工的、人造的感受器官來，比如眼睛、鼻子。生物3D打印技術(shù)也可以幫助腦機(jī)接口的科學(xué)家研究清楚細(xì)胞和芯片之間是怎么傳輸信號的，可以用大腦直接操控機(jī)器。”
對未來，徐銘恩希望自己的團(tuán)隊能通過對生物3D打印技術(shù)、醫(yī)學(xué)信息等資源的整合，建立一個以患者為中心的醫(yī)療服務(wù)體系。
向市場要科研經(jīng)費
讀書時，徐銘恩“一路名校”：在浙江大學(xué)拿到藥學(xué)學(xué)士和生物醫(yī)學(xué)工程博士學(xué)位，在清華大學(xué)機(jī)械工程系完成博士后研究，又轉(zhuǎn)赴美國爵碩大學(xué)機(jī)械系“計算機(jī)輔助組織工程實驗室”做訪問學(xué)者。
與同齡人相比，他也是佼佼者：2006年博士畢業(yè)的第一年即獲得了國家自然科學(xué)基金和中國博士后科學(xué)基金一等資助，同年又被破格晉升為副教授。
然而，在選擇工作機(jī)構(gòu)時，面對包括兩所母校在內(nèi)的多所985高校的延請，他卻出人意料地“落戶”于浙江的一所省屬高校——杭州電子科技大學(xué)。
“我相信市場經(jīng)濟(jì)，相信最具創(chuàng)新活力的土壤在中小企業(yè)中，所以長三角是首選。”徐銘恩說。而在杭州電子科技大學(xué)，“學(xué)校給我一小片自主空間，允許我靜下心來做。”
和背靠大樹所帶來的資源、經(jīng)費相比，他更看重的是市場的力量，“人都是有惰性的。經(jīng)費容易得到，也就容易產(chǎn)生路徑依賴”。
在采訪中，徐銘恩隨口吟誦了美國詩人的一首詩。“黃色的樹林里分出兩條路，可惜我不能同時去涉足……一片森林里分出兩條路，而我卻選擇了人跡更少的一條……”
他創(chuàng)立捷諾飛，也恰恰選擇的是一條“人跡更少”的道路。
長久以來，國家的科研經(jīng)費被視作“大蛋糕”。如何切？似乎需要靠“跑”，靠“關(guān)系”才能分到一杯羹。以至于相當(dāng)一部分科研人員養(yǎng)成了“跑部錢進(jìn)”的習(xí)慣。
“關(guān)于‘Regenovo’的創(chuàng)意，我2012年就有了。”經(jīng)費怎么來？國家有小儀器專項，申請成功就能得到幾百萬元的資助，“2012年9月，我們?nèi)ケ本┳稍儯弥暾埡茈y，通過的概率也低，申請周期也很長。”
怎么辦？從北京回來，徐銘恩自尋投資。2012年10月，浙江本地企業(yè)有興趣，經(jīng)費有了；2013年，“Regenovo”3D打印機(jī)研制成功；2013年8月，第一臺樣機(jī)面世了。爾后一年不到的時間里，第二代產(chǎn)品問世。
“創(chuàng)新到一定程度，需要產(chǎn)業(yè)化和市場的經(jīng)驗，但產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新歸根結(jié)底是離不開基礎(chǔ)研究的。”徐銘恩說，做產(chǎn)業(yè)的“初心”，是想獲取一些經(jīng)費來支撐自己的基礎(chǔ)研究，“我個人對財富的追求并不強(qiáng)烈。但做科研，還是挺花錢的。”
2015年1月7日，科技部在官方網(wǎng)站發(fā)布了《關(guān)于深化中央財政科技計劃（專項、基金等）管理改革的方案》，該方案稱，政府將通過撤、并、轉(zhuǎn)等方式，對現(xiàn)有科技計劃進(jìn)行整合。
有人驚呼，“科研經(jīng)費的錢袋子要大動了”，也有人懷疑，政策再怎么變，結(jié)果也是“有人分到一頭豬，有人分到一片肉”。分不到的人怎么辦？徐銘恩還是那個觀點，“找市場，市場最公平，眾多企業(yè)和社會的創(chuàng)新需求是更廣闊的天地”。
“這個時代是需要交叉和合作的時代，我希望通過科研和產(chǎn)業(yè)化的平臺，促使這些技術(shù)更快地投向應(yīng)用。”徐銘恩說，3D打印的特性決定了其“跨學(xué)科性”，其發(fā)展需要不同領(lǐng)域的科學(xué)家、企業(yè)家來合作實現(xiàn)，這是一個開源的時代，“我們只是為大家提供一種幫助，在幫助中肯定會實現(xiàn)我們自己的價值。”
[采訪手記]
成就別人的幸福感更持久
高校中一直存在這個問題，很多科研項目做3年，博士畢業(yè)就戛然而止，科研和團(tuán)隊的延續(xù)性被打斷了。如今從產(chǎn)業(yè)市場上獲得的資金，令徐銘恩感到欣慰的另一點是，能把科研的新生力量保留下來。
“年輕人是中國科學(xué)的未來。現(xiàn)在有了產(chǎn)業(yè)化的平臺，學(xué)生畢業(yè)后就不用因為專業(yè)和職業(yè)的不對口而放棄科研，相反，能夠一直做下去，逐步完善技術(shù)使其更早轉(zhuǎn)化到應(yīng)用領(lǐng)域。”和科研、創(chuàng)業(yè)相比，徐銘恩同樣看重自己承擔(dān)的師職，“關(guān)注自己得失，帶來的滿足感是很短暫的，成就別人帶來的幸福感更持久”。
這個感悟來自于2006年。當(dāng)時是徐銘恩博士畢業(yè)的第一年，他獲得了國家自然科學(xué)基金和中國博士后科學(xué)基金一等資助，同年又被破格晉升為副教授。“但我自己沒想到的是，興奮很短暫，迷惘占了上風(fēng)。”
“人最終的事業(yè)動力還是來自于‘見眾生’，即使我們這一代人走不到目的地，但是積累下來的經(jīng)驗技術(shù)可以幫助下一代人繼續(xù)前行。”
有學(xué)生評價說，徐老師專注基礎(chǔ)研究、百折不撓的定力中，實際蘊(yùn)含著科研工作者洞察社會需求、判斷新技術(shù)發(fā)展方向的自信。
“以興趣為出發(fā)點”是徐銘恩最關(guān)注的。“青年應(yīng)該有理想，不要過度看重短期利益。有些學(xué)生的選擇著眼于就業(yè)，可能短期內(nèi)會看見成效，但不容易走得長遠(yuǎn)。”
“中國的未來需要各種有才華的青年。”他給學(xué)校的建言很有針對性：人才的評選標(biāo)準(zhǔn)要多樣化，除了“成績優(yōu)秀、學(xué)生工作出色”，學(xué)生在科研創(chuàng)新、文化藝術(shù)等領(lǐng)域中的突出表現(xiàn)也應(yīng)納入視野。
(責(zé)任編輯：admin)
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