來源丨BioMed科技、材料學(xué)網(wǎng)
近日，科技部對國家重點研發(fā)計劃專項進行了公式，其中“基于柔性電子材料的藥物控釋和組織再生器件”項目獲批立項，項目總經(jīng)費1356萬元，國撥經(jīng)費956萬元。該項目由南方科技大學(xué)牽頭，聯(lián)合華南理工大學(xué)、北京納米能源與系統(tǒng)研究所、四川大學(xué)等四家單位，以臨床醫(yī)療需求為導(dǎo)向，結(jié)合生物材料、微納加工、生物傳感等技術(shù)，開發(fā)基于鎵合金液態(tài)金屬的柔性電子器件，并應(yīng)用于藥物控釋與組織工程。
南方科技大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系90后副教授羅智是該項目的負責(zé)人。羅智副教授于1991年出生，2013年本科畢業(yè)于清華大學(xué)，2018年獲瑞士洛桑聯(lián)邦理工（EPFL）優(yōu)等博士學(xué)位（PhD with Distinction），并于蘇黎世聯(lián)邦理工（ETH）藥學(xué)系完成博士后研究。2021年全職加入南方科技大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系，入選國家級高層次人才，建立仿生醫(yī)藥與材料實驗室（Laboratory of bioinspired medicine and materials）。近五年發(fā)表學(xué)術(shù)論文近20篇，包括PNAS, Nat. Commun., Sci. Adv., Angew. Chem. Int. Ed., Acc. Chem. Res.，Adv. Drug Deliv. Rev.等國際知名期刊。
羅智副教授所領(lǐng)導(dǎo)的團隊擁有多學(xué)科高度交叉的研究背景，包括材料物理化學(xué)，藥學(xué)，甚至還具備強大的同步輻射及中子散射大型儀器表征技術(shù)等。盡管實驗室成立時間不長，但其已經(jīng)發(fā)表了多項引人注目的研究成果，特別是在口服藥物遞送領(lǐng)域科研成果已進入人體實驗階段，與多個跨國藥企保持長期合作。在這篇文章中，我們梳理了羅智團隊的主要研究成果，讓我們來體會一下90后帶來的科研思路。
羅教授從清華畢業(yè)后，就進入洛桑聯(lián)邦理工的Francesco Stellacci 教授課題組攻讀博士學(xué)位。Francesco Stellacci 教授是歐洲科學(xué)院院士，他所領(lǐng)導(dǎo)的團隊專注于超分子納米材料和界面方面的研究，并致力于將對納米材料表界面的理解應(yīng)用于病毒研究領(lǐng)域。因此，羅教授進入實驗室后就開始從事納米材料表界面的表征研究。
金納米顆粒是一種非常典型的納米材料，其獨特的性質(zhì)大多數(shù)可歸功于其配體外殼。例如，配體在金納米顆粒潤濕性、溶解度、蛋白質(zhì)非特異性吸附、細胞滲透、催化和陽離子捕獲能力等方面的作用。關(guān)于金納米顆粒配體殼層的表征技術(shù)可以分為為三大類，即顯微鏡、光譜學(xué)和理論模擬。在顯微鏡方面，主要有掃描隧道顯微鏡（STM）、原子力顯微鏡（AFM）和掃描/透射電子顯微鏡。在光譜學(xué)方面，主要有核磁共振（NMR）、質(zhì)譜（MS）、小角中子散射（SANS）、電子自旋共振（EPR）和基于吸附的光譜學(xué)方。在理論模擬中，主要是計算機模擬在幫助解釋實驗數(shù)據(jù)方面（Acc. Chem. Res.?2017, 50, 8, 1911–1919）。
羅副教授的博士研究工作就是主要圍繞譜學(xué)和理論方法展開，以期深入了解納米材料的配體殼層形貌。整個博士期間，他總共發(fā)表了2篇Nature Communications，一篇Acc. Chem. Res.，一篇Angew等。
近期，科技部公布國家重點研發(fā)計劃“高端功能與智能材料”專項立項結(jié)果，由南科大生物醫(yī)學(xué)工程系羅智副教授牽頭的“基于柔性電子材料的藥物控釋和組織再生器件”項目獲批立項，項目總經(jīng)費1356萬元，國撥經(jīng)費956萬元。該項目由南方科技大學(xué)牽頭，聯(lián)合華南理工大學(xué)、北京納米能源與系統(tǒng)研究所、四川大學(xué)等四家單位，以臨床醫(yī)療需求為導(dǎo)向，結(jié)合生物材料、微納加工、生物傳感等技術(shù)，開發(fā)基于鎵合金液態(tài)金屬的柔性電子器件，并應(yīng)用于藥物控釋與組織工程。南科大宣傳與公共關(guān)系部新聞中心采訪了羅智副教授，請他談?wù)勴椖考翱蒲泄ぷ鞅澈蟮墓适隆?/span>
柔性電子領(lǐng)域與組織再生器件的巧妙結(jié)合
組織和器官的修復(fù)與再生是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域面臨的重大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的治療手段（如器官移植等）能夠部分克服組織缺損帶來的功能障礙，但存在著機體免疫排斥反應(yīng)、供體來源稀缺和二次創(chuàng)傷等諸多缺點。盡管近年來組織工程技術(shù)已得到長足進步，但利用人工合成材料模擬復(fù)雜的組織微環(huán)境，重構(gòu)組織和器官用于臨床治療的技術(shù)仍存在較多瓶頸與挑戰(zhàn)。例如，現(xiàn)有的組織再生材料無法監(jiān)測和控制移植后工程器官的功能。
利用先進的生物材料、微流控以及傳感器技術(shù)，將能夠?qū)崿F(xiàn)智能化的再生微組織體外培養(yǎng)和藥物的可控釋放，有望為組織器官損傷修復(fù)領(lǐng)域提供創(chuàng)新解決方案。然而，傳統(tǒng)的電子電路最大缺點在于其生物相容性差和機械特性與人體器官不匹配。例如，最常見的植入式設(shè)備（如起搏器）自身剛性較大，其植入手術(shù)會傷害軟組織并引發(fā)免疫反應(yīng)。
液態(tài)金屬-高分子復(fù)合柔性電子材料的體內(nèi)植入是柔性電子領(lǐng)域的前沿方向，能夠通過原位電刺激實現(xiàn)不同的生理功能，如生物信號檢測、細胞增殖和轉(zhuǎn)染，藥物遞送等?？缮锝到獾囊簯B(tài)金屬-高分子復(fù)合柔性電子材料為器官再生與修復(fù)提供了巨大的想象空間。這個項目將通過微電極陣列設(shè)計和先進的刺激響應(yīng)材料，實現(xiàn)空間、時間和劑量等多維度的藥物遞送，調(diào)控器官的培養(yǎng)與再生。
因此，基于柔性電子材料的組織再生器件是一種利用新型生物材料所制的醫(yī)療器械，它們可以幫助修復(fù)人體組織損傷，提高治療效果。這個項目整體更像是出自科幻小說里描述的概念，研究的是用于治療、修復(fù)或替換病損組織、器官或增進其功能的新型智能生物材料，有著巨大的臨床治療需求。
談及近日獲批國家重點研發(fā)計劃“高端功能與智能材料”專項的項目“基于柔性電子材料的藥物控釋和組織再生器件”，羅智副教授侃侃而談，詳細介紹了這一項目及相關(guān)研究過程：這是一個高度交叉的學(xué)科方向，它在涉及新材料的開發(fā)和生物醫(yī)藥等多個領(lǐng)域同時，也具有廣泛的應(yīng)用范疇。例如，新材料的開發(fā)，包括具有生物可降解的醫(yī)用材料和柔性電子材料；材料的生物醫(yī)藥應(yīng)用，包括藥物遞送到組織工程等。
因此，這個項目涵蓋了各個不同方向的前沿，整合到一起之后是一個更加先進、交叉的科研課題。羅智團隊的愿景是想要開發(fā)一種和生物體相容的柔性電子材料，能夠用于疾病的治療，比如能局部給予人體組織一些電刺激，同時釋放藥物，促進受損器官的修復(fù)，從而有效改善患者的健康狀況。
關(guān)于對科技發(fā)展的影響，羅智說道，把柔性電子和組織工程及藥物遞送結(jié)合的并不多，這幾個方面的研究在國內(nèi)外都還是方興未艾發(fā)展的狀態(tài)，目前只有少量研究?！皩τ诖龠M科技的發(fā)展，我想在柔性電子生物材料及生物醫(yī)藥方面都會有所幫助，有望解決諸多臨床難題。這個項目是國家重點研發(fā)項目的主要方向之一，順應(yīng)國家戰(zhàn)略的需求?！?/span>
羅智團隊的目標很明確，就是希望這個項目能為生物醫(yī)藥科技的發(fā)展盡綿薄之力。他說，目前由各類疾病、衰老、創(chuàng)傷導(dǎo)致的器官喪失或功能損傷是生物醫(yī)藥和健康領(lǐng)域面臨的最難克服的問題之一。作為全球人口基數(shù)最高的國家，我國對組織和器官的修復(fù)與再生有著龐大醫(yī)療需求。年均數(shù)千億元的醫(yī)療開銷為社會保障體系及國民經(jīng)濟帶來了巨大負擔(dān)，這也一定程度上決定了科研工作者的研究方向。
羅智副教授的求學(xué)之路比較順利，一路走來，他勤耕不輟，取得了不斐的成績。他在國外拿到了瑞士洛桑聯(lián)邦理工（EPFL）優(yōu)等博士學(xué)位（PhD with Distinction），以及一個針對博士后等青年科學(xué)家的瑞士聯(lián)邦人才計劃。在歐洲本科畢業(yè)后直接攻讀博士的人不多，因此他在當(dāng)?shù)乜蒲嘘犖橹兴闶潜容^年輕的一批。他說：“求學(xué)之路雖然漫長也辛苦，但總體還算一路坦途，我也心存感恩?！?/span>
科研路漫漫，任重而道遠。羅智團隊在科研的過程中也有苦有樂，苦味常有，而樂則是跨越挑戰(zhàn)后的成就感。他回憶起有一次在做大型動物實驗的時候，因為缺少相關(guān)文獻和經(jīng)驗，且動物實驗周期較長，時間有限，試錯機會較少，因此時常要承受巨大的壓力。之前沒有人做過這個方向，他們是在挑戰(zhàn)“無人區(qū)”，摸著石頭過河。他們最終向不同領(lǐng)域的專家去請教，拜訪了十多位不同方向的醫(yī)生與教授，并勇于嘗試，才解決了問題。羅智說道：“我覺得做科研最重要的是不怕失敗，不斷探索，一定要有必勝的信念，要在黑暗中尋找突破口。不要害怕去尋求幫助，畢竟科學(xué)要站在巨人的肩膀上，相信最終一定會獲得勝利?！?/span>
除了最近獲批的項目外，羅智團隊在科研之路上還在不斷前行，實驗室有兩個全新的研究方向：第一是開發(fā)生物醫(yī)藥材料創(chuàng)新的表征技術(shù)手段。這一部分將會依托于中國中子散裂源的大科學(xué)裝置，這是國內(nèi)首個中子散射儀器裝置，研究所位置在東莞。第二是針對一些特定疾病的治療，研究如何讓藥物更好的到達患者體內(nèi)，進而被吸收和利用。譬如糖尿病患者需要胰島素，但打針會對患者造成很大的痛苦，羅智團隊嘗試開辟口服藥，達到和注射藥物同樣的效果。如果成功研發(fā)，將會為許多患者減輕治療的痛苦，跨出巨大的一步。
對于今后的科研愿景，羅智想首先將“基于柔性電子材料的藥物控釋和組織再生器件”項目完成，在三年內(nèi)構(gòu)建出一套全新的器件，實現(xiàn)在大型動物體內(nèi)移植的目標?！拔覀冮L期的愿景其實是能盡快在人體中植入器件，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域做出貢獻。但是醫(yī)藥器械的開發(fā)周期是很長的，大部分都是十年為單位，需要全面的研究，充分證明其有效性、可靠性和安全性，最終才能到人體去做實驗。我們會傾盡全力，朝夢想邁進，從而實現(xiàn)這一目標?！?/span>
羅智副教授，1991年出生，是南方科技大學(xué)最年輕的國家重點研發(fā)計劃首席科學(xué)家。2013年本科畢業(yè)于清華大學(xué)，2018年獲瑞士洛桑聯(lián)邦理工（EPFL）優(yōu)等博士學(xué)位（PhD with Distinction），并于蘇黎世聯(lián)邦理工（ETH）藥學(xué)系完成博士后研究。曾獲瑞士聯(lián)邦理工學(xué)者人才計劃（ETH Fellow）、藥學(xué)青年科學(xué)家、國家優(yōu)秀自費留學(xué)生獎學(xué)金、德國海因茨-邁爾-萊布尼茨研究所年度論文等多項榮譽。近五年發(fā)表學(xué)術(shù)論文20余篇，包括PNAS, Nat. Commun., Sci. Adv., Angew. Chem. Int. Ed., Acc. Chem. Res., Adv. Drug Deliv. Rev. 等國際知名期刊；在口服藥物遞送領(lǐng)域科研成果已進入人體實驗階段，與多個跨國藥企長期合作。
因此，羅智等人介紹了非常規(guī)領(lǐng)域（即物理力輔助胃腸道藥物輸送），并對這一領(lǐng)域進行重點和批判性分析。其中，作者特別關(guān)注了這些制劑方法在提高滲透性差藥物的口服生物利用度方面的舉措，以及與臨床轉(zhuǎn)化相關(guān)的挑戰(zhàn)和安全性問題。借助良好的研究背景，相信羅智副教授在生物醫(yī)藥領(lǐng)域?qū)〉酶恿钊梭@喜的成就。
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