逐夢(mèng)“器官芯片” 創(chuàng)造四項(xiàng)“第一”

    ■走在教育強(qiáng)國(guó)大路上 支撐高水平科技自立自強(qiáng)

    開欄的話

習(xí)近平總書記在主持中共中央政治局第五次集體學(xué)習(xí)時(shí)強(qiáng)調(diào)，建設(shè)教育強(qiáng)國(guó)，龍頭是高等教育。要增強(qiáng)高等教育的龍頭作用，深化高校有組織科研是關(guān)鍵一招。全面提高人才自主培養(yǎng)質(zhì)量，支撐高水平科技自立自強(qiáng)成為今年教育的主攻方向。

今天起，本報(bào)推出“走在教育強(qiáng)國(guó)大路上·支撐高水平科技自立自強(qiáng)”欄目，全面記述各地各校在開展有組織科研攻克難題、加強(qiáng)基礎(chǔ)研究、破解“卡脖子”技術(shù)等方面的新進(jìn)展、新成效、新氣象，展現(xiàn)廣大師生主動(dòng)擔(dān)當(dāng)作為，不懈奮斗，積極投身教育強(qiáng)國(guó)建設(shè)實(shí)踐，為全面推進(jìn)中華民族偉大復(fù)興提供有力支撐的精神面貌。敬請(qǐng)關(guān)注！

■人體器官芯片技術(shù)是我國(guó)生物醫(yī)藥領(lǐng)域亟待攻克的關(guān)鍵核心技術(shù)。顧忠澤帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)執(zhí)著“器官芯片”研究13年，創(chuàng)造四項(xiàng)“第一”

■跨學(xué)科科教融匯模式為科技創(chuàng)新孕育了豐沃的土壤，也打造了一支高水平的科教融匯師資隊(duì)伍    

規(guī)律跳動(dòng)的“心臟”，勤勉代謝的“肝臟”，主掌呼吸的“肺部”，血液奔涌的“血管”……在數(shù)字醫(yī)學(xué)工程全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的顯微鏡下，記者可以清晰地看到，一張張巴掌大小的高分子材料里，一個(gè)個(gè)微型的人體“器官”正在被孕育和培養(yǎng)。

實(shí)驗(yàn)室主任、東南大學(xué)生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院院長(zhǎng)顧忠澤告訴記者，眼前所見就是“器官芯片”。

“人體器官芯片技術(shù)是我國(guó)生物醫(yī)藥領(lǐng)域亟待攻克的關(guān)鍵核心技術(shù)。”顧忠澤介紹，今年是他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開啟器官芯片研究的第13個(gè)年頭。截至目前，這個(gè)團(tuán)隊(duì)已創(chuàng)造四項(xiàng)“第一”：國(guó)際上第一個(gè)太空心血管器官芯片的發(fā)射和在軌檢測(cè)、我國(guó)第一個(gè)采用器官芯片數(shù)據(jù)獲批IND（新藥研究申請(qǐng)）的新藥、第一個(gè)器官芯片國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)、第一個(gè)應(yīng)用于生物安全防護(hù)三級(jí)實(shí)驗(yàn)室的全自動(dòng)化成像系統(tǒng)。

    創(chuàng)新風(fēng)暴背后的科教融匯

所謂“器官芯片”，是通過(guò)干細(xì)胞、生物材料、納米加工等前沿技術(shù)交叉集成，在人體外構(gòu)建的一套器官微生理系統(tǒng)。以此可以模擬人體不同組織器官的主要結(jié)構(gòu)功能特征和復(fù)雜的器官間聯(lián)系，從而預(yù)測(cè)人體對(duì)藥物或外界不同刺激產(chǎn)生的反應(yīng)，可以為藥物研發(fā)、精準(zhǔn)診療等領(lǐng)域提供全新的解決方案。

顧忠澤的器官芯片探索之路，始于職業(yè)生涯的“瓶頸期”。

2012年，顧忠澤正和一家醫(yī)療機(jī)構(gòu)合作從事生物人工肝研發(fā)，進(jìn)展一度不甚理想。一篇偶然讀到的關(guān)于器官芯片的文獻(xiàn)，讓他敏銳地意識(shí)到：“這是一項(xiàng)顛覆性創(chuàng)新技術(shù)！”

彼時(shí)，西方國(guó)家正推動(dòng)立法禁止使用經(jīng)動(dòng)物試驗(yàn)的藥品、化妝品。顧忠澤迅速作出研判：發(fā)展器官芯片技術(shù)，可能是我國(guó)在國(guó)際生物醫(yī)藥前沿研究領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)“換道超車”的歷史性機(jī)遇。

“在體外構(gòu)建微生理系統(tǒng)，這在當(dāng)時(shí)對(duì)全球來(lái)說(shuō)都是一個(gè)未知領(lǐng)域，所有國(guó)家都站在同一起跑線上。如果我們能成功實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，那么憑借龐大的人口基數(shù)優(yōu)勢(shì)，我國(guó)就能建立起自己獨(dú)有的生物樣本庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)而徹底擺脫對(duì)國(guó)外藥企數(shù)據(jù)的依賴?！被叵肫痖_展這項(xiàng)研究的初衷，顧忠澤至今仍心潮澎湃。

器官芯片涉及的關(guān)鍵核心技術(shù)復(fù)雜，成本高，極富挑戰(zhàn)性。顧忠澤依托所在學(xué)院的資源，大膽地打破傳統(tǒng)學(xué)科壁壘，突破教師、科研人員身份界限，集合生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、納米技術(shù)等多個(gè)學(xué)科精英，組建了跨學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)。團(tuán)隊(duì)先是在學(xué)校內(nèi)部進(jìn)行項(xiàng)目立項(xiàng)，著手試制肝臟芯片、心臟芯片、皮膚芯片，并同時(shí)進(jìn)行器官芯片技術(shù)的預(yù)先研究。

跨學(xué)科科教融匯模式為科技創(chuàng)新孕育了豐沃的土壤，也打造了一支高水平的科教融匯師資隊(duì)伍。團(tuán)隊(duì)成員相互碰撞，彼此加油，共同攻克科研難題。

“我們沉浸在假設(shè)、驗(yàn)證、分析、完善的循環(huán)中，用經(jīng)驗(yàn)的碎片拼出勝利的圖景?！笔嗄陙?lái)，顧忠澤帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)一次次面對(duì)失敗，又一次次重構(gòu)模型，最終攻克了芯片構(gòu)建與數(shù)字化中的精準(zhǔn)測(cè)量關(guān)鍵核心技術(shù)，還逐一解決了器官芯片高精度跨尺度三維打印、功能性細(xì)胞外支架材料、細(xì)胞力成像、人工智能算法等難題，成功研發(fā)了我國(guó)自主的微生理模型及測(cè)量方法。

團(tuán)隊(duì)在科研上的豐碩成果，為學(xué)院的教學(xué)工作提供了鮮活的素材。每個(gè)學(xué)期，顧忠澤都堅(jiān)持為生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的學(xué)生開設(shè)必修課，并在課堂上分享器官芯片的最新研究成果，以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新思維。同時(shí)，他還積極鼓勵(lì)學(xué)生參與數(shù)字醫(yī)學(xué)工程全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研項(xiàng)目，通過(guò)實(shí)踐鍛煉學(xué)生的科研能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

“科研與教學(xué)相輔相成，互為支撐。東南大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科入選國(guó)家‘雙一流’建設(shè)學(xué)科，生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)獲批國(guó)家級(jí)一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)……”一項(xiàng)項(xiàng)科教融匯的成果，令顧忠澤倍感欣慰。 

    成果轉(zhuǎn)化背后的產(chǎn)教融合

“我們成功完成了器官芯片的所有研發(fā)指標(biāo)，順利進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。7項(xiàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)以3016.02萬(wàn)元的價(jià)格轉(zhuǎn)讓，還成功孵化了產(chǎn)業(yè)化公司，為高校、科研院所探索科技成果轉(zhuǎn)化路徑起到了示范作用?！闭劶捌鞴傩酒难芯砍晒D(zhuǎn)化情況，東南大學(xué)蘇州醫(yī)療器械研究院副院長(zhǎng)白晶如數(shù)家珍。

白晶介紹，他所在的研究院由東南大學(xué)、蘇州高新區(qū)、江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院三方于2017年共建，是東南大學(xué)創(chuàng)新體制機(jī)制、推動(dòng)產(chǎn)教融合、實(shí)現(xiàn)高水平科技成果轉(zhuǎn)化的“試驗(yàn)田”之一。研究院主要依托東南大學(xué)的5個(gè)國(guó)家級(jí)、省部級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，利用蘇州高新區(qū)在產(chǎn)業(yè)、政策方面的優(yōu)質(zhì)資源，結(jié)合江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院的體制創(chuàng)新經(jīng)驗(yàn)，集聚全球資源，引領(lǐng)前沿技術(shù)發(fā)展，加速成果轉(zhuǎn)化，服務(wù)企業(yè)創(chuàng)新，打造具有示范引領(lǐng)作用的醫(yī)療器械產(chǎn)學(xué)研合作平臺(tái)和創(chuàng)新生態(tài)體系，建設(shè)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的高端醫(yī)療器械成果轉(zhuǎn)化基地以及醫(yī)療器械小微企業(yè)孵化基地。

經(jīng)過(guò)4年多發(fā)展，該研究院形成了兩大拳頭技術(shù)產(chǎn)品，“人體器官芯片”就是其中之一。2022年，研究院的“人體器官芯片的構(gòu)建與精準(zhǔn)介觀測(cè)量”項(xiàng)目還榮獲科技部首屆全國(guó)顛覆性技術(shù)創(chuàng)新大賽總決賽最高獎(jiǎng)。

“我們主要側(cè)重于應(yīng)用轉(zhuǎn)化研究，在高校與產(chǎn)業(yè)之間架起溝通的橋梁，從而有效地將基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)聯(lián)結(jié)?！卑拙ё院赖乇硎?，器官芯片已成為該研究院首個(gè)自主培育并達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平的原創(chuàng)項(xiàng)目。

2021年，研究院器官芯片科研團(tuán)隊(duì)與江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院、蘇州醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)發(fā)展集團(tuán)有限公司聯(lián)合成立了江蘇艾瑋得生物科技有限公司。這家創(chuàng)新科技公司專注于為藥物研發(fā)、精準(zhǔn)醫(yī)療和化妝品等市場(chǎng)提供器官芯片及配套自動(dòng)化裝備產(chǎn)品。

“器官芯片是新質(zhì)生產(chǎn)力的典型代表之一?！卑|得公司首席運(yùn)營(yíng)官徐源介紹，目前器官芯片相關(guān)技術(shù)已在100余家企業(yè)、醫(yī)院及研究機(jī)構(gòu)得到應(yīng)用。

“高校設(shè)置新型研發(fā)機(jī)構(gòu)進(jìn)行科技成果轉(zhuǎn)化，不是要和企業(yè)‘搶飯碗’，而是要對(duì)企業(yè)有貢獻(xiàn)，進(jìn)而為整個(gè)社會(huì)作貢獻(xiàn)！”顧忠澤表示，推進(jìn)教育、科技、人才協(xié)同融合發(fā)展以及“四鏈”融合著實(shí)不易，高?？蒲泄ぷ髡邞?yīng)當(dāng)秉持這樣的信念——“但凡企業(yè)能做的，我們堅(jiān)決不做，要做就要研發(fā)出能推動(dòng)整個(gè)行業(yè)發(fā)展的前沿技術(shù)”。

    科研育人背后的交叉融合

東南大學(xué)九龍湖校區(qū)生醫(yī)科研綜合樓8樓，一出電梯就能見到一張長(zhǎng)桌和一條長(zhǎng)凳，正對(duì)著桌子的墻面上掛著一臺(tái)顯示器。

這是顧忠澤給學(xué)生“開小灶”的地方。不管是本科生還是研究生，只要提出需求，無(wú)論多忙他都會(huì)留出時(shí)間進(jìn)行“一對(duì)一”輔導(dǎo)：學(xué)生匯報(bào)學(xué)習(xí)和科研情況，顧忠澤一邊聽一邊提出意見。

“我們團(tuán)隊(duì)每星期都要開科研交流會(huì)，十幾年如一日，風(fēng)雨無(wú)阻?！睎|南大學(xué)器官芯片方向碩士研究生李昱說(shuō)，“顧老師辦公室的大門始終對(duì)我們敞開。”

如何加強(qiáng)拔尖創(chuàng)新人才自主培養(yǎng)，為我國(guó)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)提供人才支撐？這是顧忠澤作為學(xué)院院長(zhǎng)一直在思考和探究的問(wèn)題。

顧忠澤介紹，近年來(lái)，東南大學(xué)堅(jiān)持以國(guó)家需求為引導(dǎo)，以器官芯片國(guó)家重大項(xiàng)目研究為契機(jī)，以核心概念為統(tǒng)領(lǐng)，凝練出理工醫(yī)融合交叉學(xué)科的概念框架，從知識(shí)融合、知行融匯、平臺(tái)融貫三方面，構(gòu)建了“科學(xué)與技術(shù)、工程與醫(yī)學(xué)、創(chuàng)新與轉(zhuǎn)化”融合、本碩博貫通的拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，形成了“初階通識(shí)（本科）到中階綜合（碩士）到高階創(chuàng)新（博士）”逐級(jí)進(jìn)階的知識(shí)鏈條和人才培養(yǎng)體系。

“新的人才培養(yǎng)體系可以在很大程度上解決生物醫(yī)學(xué)工程教育中自然科學(xué)與工程技術(shù)知識(shí)體系融合不夠，工程技術(shù)與生物醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)模式落后于醫(yī)療產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，以及創(chuàng)新人才培養(yǎng)中高技術(shù)創(chuàng)新和醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化實(shí)踐環(huán)境相互脫節(jié)等問(wèn)題?！鳖欀覞烧f(shuō)。

大師引領(lǐng)、項(xiàng)目淬煉、產(chǎn)教融合，是顧忠澤一直秉持的教育理念。他帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)依托國(guó)家重大科研項(xiàng)目，從本科畢業(yè)設(shè)計(jì)、碩士及博士課題，分層設(shè)立挑戰(zhàn)性項(xiàng)目，引領(lǐng)學(xué)生在項(xiàng)目淬煉中成才。同時(shí)，生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院依托相關(guān)產(chǎn)業(yè)平臺(tái)，建立輻射本、研學(xué)生的實(shí)踐基地，構(gòu)建了校企聯(lián)合的人才培養(yǎng)模式。包括該學(xué)院在內(nèi)的6個(gè)學(xué)院共同設(shè)立“集萃研究生培養(yǎng)計(jì)劃”，累計(jì)為生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)了90余名優(yōu)秀的復(fù)合型人才和青年科技人才后備軍。

“大學(xué)的科學(xué)研究一定要有預(yù)見性，要及時(shí)對(duì)國(guó)家未來(lái)的重大需求進(jìn)行預(yù)判，這樣才能培養(yǎng)出面向未來(lái)的拔尖創(chuàng)新人才?！鳖欀覞蓤?jiān)定地說(shuō)。

《中國(guó)教育報(bào)》2024年05月23日第1版