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徐銘恩在實驗室內展示3D打印機打出的耳朵軟骨組織。(記者 韓傳號 攝) |
生物3D打印技術的發(fā)展，使得人類更具勇氣“挑戰(zhàn)死亡”,。
谷歌的拉里·佩奇說，細胞的3D打印,，還有現在的細胞重編程，這些技術在未來有可能攻克死亡,。未來學家雷·庫茨韋爾有一個更“瘋狂”的說法,，他說人類已經到了“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,，可以讓你再多活二三十年,，多活的二三十年又有新技術出現，可以再讓你活得長一點,。
而在中國,，杭州電子科技大學教授、捷諾飛生物科技有限公司創(chuàng)始人徐銘恩與其團隊,，成功研制出了可打印生物材料和活細胞的商品級3D打印機,。這個團隊提供的基于3D打印的藥物開發(fā)服務、假肢康復輔具等醫(yī)學應用,，已經拓展到了全球十大制藥公司和知名的醫(yī)療機構,。
不追求違反自然規(guī)律的“永生”
生物3D打印技術發(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,�,！拔蚁嘈牛ㄟ^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，徐銘恩就是物理學科的“學霸”,。高二時，他已經開始系統(tǒng)學習微積分,、大學物理,，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有點遠”,。生命科學成了他的新方向,。
高考填志愿時，他選擇的專業(yè)是“藥學”,，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,，研究生階段又轉攻生物醫(yī)學工程學,，希望能用新技術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�,！叭绻@項技術能運用到醫(yī)學上,？”他就此“定情”。
2012年他和團隊在這一領域的工作,，被國際期刊《Biomaterials》（《生物材料》）評價為“生物3D打印領域最先進水平”,。
2013年，為了給其他生物醫(yī)學研究的科學家提供穩(wěn)定的工作平臺,，他和團隊一起,，成功研制出可打印生物材料和活細胞的商品級3D打印機“Regenovo”。這臺3D打印機,，成功打印出了人類肝臟單元,、脂肪組織等，打印出的細胞存活率達90%,，最長存活時間4個月,。
“實踐證明，3D打印在生物醫(yī)學領域的運用很廣,，例如用于制作醫(yī)療模型,，術前將體內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方案,。又如藥物篩選,、假肢假體等等�,！�
多年基礎研究,，他經歷了很多次考驗，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,，但在人生無數次選擇和堅持的關口,，理想就是關鍵的那枚砝碼�,！�
從“甜甜圈”實驗到生物3D打印機
汽車有發(fā)動機,、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,，如何應對,？
現在的常規(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,？克隆是一種技術方案,。但目前醫(yī)學上治療性的克隆，只對少數幾個疾病開放,，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，神經也開始發(fā)育,，已經是一個生命,。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,，克隆在技術上也還有許多問題需要解決。
所以3D打印技術出現后,，科學家們認為,，其具有的快速性、準確性及擅長制作復雜形狀實體的特性，使它在生物醫(yī)學領域有著非常廣泛的應用前景,。
2005年,，正在清華大學機械工程系做博士后研究的徐銘恩，接觸到了生物3D打印,。
細胞3D打印的生物學基礎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)狀結構,，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，假如科學家能在體外用一種技術把細胞按照它體內的結構堆積起來,，是有可能成為功能性的結構的,。
但要把理論的可能性變?yōu)楝F實，并非易事,。徐銘恩遇到的第一個難關是細胞的損傷率,。最初打印出來的細胞，損傷率幾乎達到了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，半年多以后,，終于讓細胞在里面活下來了,。”
解決這個問題后,，徐銘恩又碰到“幸福的煩惱”,，細胞在里面瘋長，把整個結構都填滿了,；又或者是,，細胞長起來了，但把支架給吃掉了，因為用來做支架的材料是對細胞有營養(yǎng)的物質,。
圍繞這些情況,，又進行了較長時間的實驗。慢慢地,，他可以控制細胞在里面的生長,，甚至可以控制細胞在里面的分化。后來又發(fā)展到能預留出計劃中的通道,。
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打印產業(yè)聯盟的副理事長單位，也是如今國內這一領域的領先企業(yè),。在國際市場,，捷諾飛也受到關注。他們的研究成果在美國亮相后,，導致同領域中一家知名的美國上市公司股價出現大幅波動,。
“每個人的身體構造、病理狀況都存在特殊性和差異化,。3D打印與醫(yī)學影像建模等技術結合之后,，就能夠在人工假體、植入體,、人工組織器官的制造方面產生巨大的推動效應,。”徐銘恩說,。
捷諾飛的“典型客戶”名單里,，有上海交通大學、華南理工大學,、四川大學,、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,。術前將患者體內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方案,。
除了來修補,、替換人的器官以外，細胞3D打印技術在藥物研發(fā)領域的應用也非常廣泛,。
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)產業(yè)投入非常大，數字顯示,，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。但是新藥產生的效率卻很低,。
“現在有了3D打印技術,，我們能用打印出來的人的細胞或組織器官，進行藥物篩選,，這給整個藥物篩選體系帶來了革命性的改變,。”據了解,，捷諾飛公司提供的基于3D打印的藥物開發(fā)服務,，已經拓展到了全球十大制藥公司和知名的醫(yī)療機構。
此外,，徐銘恩團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構上都可以很好地契合受損組織的結構需求,，這在臨床上,，在為病人進行組織修復時，是非常重要和有用的,�,！�
“我們也在嘗試一些更有意思的工作，例如能不能把細胞打印到芯片上,，然后讓細胞和芯片之間建立信號傳導,。我們曾設計了一塊芯片，上面有不同的傳感器,，有的可以感受細胞的生長,，有的可以感受細胞的動作鏈位，把這個芯片封裝,，在上面打印上不同的細胞,，最后能夠檢測到那些打印的細胞的功能或者說活性,。”徐銘恩說,，用這個芯片來進行藥物篩選,，他們篩出了一些很有前途的抗腫瘤藥物。
生物3D打印技術再繼續(xù)發(fā)展下去,，會到什么程度,？
徐銘恩預計：“也許有一天，我們可以用3D打印技術做出人工的,、人造的感受器官來,，比如眼睛、鼻子,。生物3D打印技術也可以幫助腦機接口的科學家研究清楚細胞和芯片之間是怎么傳輸信號的,，可以用大腦直接操控機器�,！�
對未來,，徐銘恩希望自己的團隊能通過對生物3D打印技術、醫(yī)學信息等資源的整合,，建立一個以患者為中心的醫(yī)療服務體系,。
向市場要科研經費
讀書時，徐銘恩“一路名�,！保涸谡憬髮W拿到藥學學士和生物醫(yī)學工程博士學位,，在清華大學機械工程系完成博士后研究，又轉赴美國爵碩大學機械系“計算機輔助組織工程實驗室”做訪問學者,。
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基金和中國博士后科學基金一等資助，同年又被破格晉升為副教授,。
然而,，在選擇工作機構時，面對包括兩所母校在內的多所985高校的延請,，他卻出人意料地“落戶”于浙江的一所省屬高�,！贾蓦娮涌萍即髮W。
“我相信市場經濟,，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�,！毙煦懚髡f,。而在杭州電子科技大學，“學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、經費相比,，他更看重的是市場的力量,，“人都是有惰性的。經費容易得到,，也就容易產生路徑依賴”。
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,，國家的科研經費被視作“大蛋糕”。如何切,？似乎需要靠“跑”,，靠“關系”才能分到一杯羹。以至于相當一部分科研人員養(yǎng)成了“跑部錢進”的習慣,。
“關于‘Regenovo’的創(chuàng)意,，我2012年就有了�,！苯涃M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,，我們去北京咨詢，得知申請很難,，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，經費有了,；2013年,，“Regenovo”3D打印機研制成功,；2013年8月，第一臺樣機面世了,。爾后一年不到的時間里,，第二代產品問世。
“創(chuàng)新到一定程度,，需要產業(yè)化和市場的經驗,，但產業(yè)創(chuàng)新歸根結底是離不開基礎研究的�,！毙煦懚髡f,，做產業(yè)的“初心”，是想獲取一些經費來支撐自己的基礎研究,，“我個人對財富的追求并不強烈,。但做科研，還是挺花錢的,�,！�
2015年1月7日，科技部在官方網站發(fā)布了《關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,、轉等方式，對現有科技計劃進行整合,。
有人驚呼,，“科研經費的錢袋子要大動了”，也有人懷疑,，政策再怎么變,，結果也是“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業(yè)化的平臺,，促使這些技術更快地投向應用�,！毙煦懚髡f,，3D打印的特性決定了其“跨學科性”,，其發(fā)展需要不同領域的科學家、企業(yè)家來合作實現,，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,，科研和團隊的延續(xù)性被打斷了。如今從產業(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,。
“年輕人是中國科學的未來�,，F在有了產業(yè)化的平臺，學生畢業(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，逐步完善技術使其更早轉化到應用領域,�,！焙涂蒲小�(chuàng)業(yè)相比,，徐銘恩同樣看重自己承擔的師職,，“關注自己得失，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。當時是徐銘恩博士畢業(yè)的第一年,，他獲得了國家自然科學基金和中國博士后科學基金一等資助,，同年又被破格晉升為副教授�,！暗易约簺]想到的是,，興奮很短暫，迷惘占了上風,�,！�
“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,，但是積累下來的經驗技術可以幫助下一代人繼續(xù)前行,�,！�
有學生評價說，徐老師專注基礎研究,、百折不撓的定力中,，實際蘊含著科研工作者洞察社會需求、判斷新技術發(fā)展方向的自信,。
“以興趣為出發(fā)點”是徐銘恩最關注的,。“青年應該有理想,，不要過度看重短期利益,。有些學生的選擇著眼于就業(yè)，可能短期內會看見成效,，但不容易走得長遠,。”
“中國的未來需要各種有才華的青年,�,！彼o學校的建言很有針對性：人才的評選標準要多樣化，除了“成績優(yōu)秀,、學生工作出色”,，學生在科研創(chuàng)新、文化藝術等領域中的突出表現也應納入視野,�,！�（余靖靜）
