徐銘恩：生物3D打印技術(shù)的“領(lǐng)跑者”

5月30日，第四個全國科技工作者日，人力資源社會保障部、中國科協(xié)、科技部、國務(wù)院國資委聯(lián)合頒發(fā)了第二屆全國創(chuàng)新爭先獎，民革浙江省委會副主委、杭州捷諾飛生物科技股份有限公司董事長、杭州電子科技大學教授徐銘恩榮獲第二屆全國創(chuàng)新爭先獎。這次表彰，是對徐銘恩及其團隊多年來在生物3D打印領(lǐng)域研究與產(chǎn)業(yè)化的工作給予的高規(guī)格肯定。

“全國創(chuàng)新爭先獎”是僅次于國家最高科技獎的一個科技人才大獎，主要表彰在科學研究、技術(shù)開發(fā)、重大裝備和工程攻關(guān)、轉(zhuǎn)化創(chuàng)業(yè)、科普及社會服務(wù)方面作出卓越貢獻、在國內(nèi)外具有影響力的優(yōu)秀科技工作者和優(yōu)秀科研團隊。

“3D打印”是近年來最“火熱”的詞匯，徐銘恩已在生物3D打印領(lǐng)域中摸爬滾打了整整16年，從用3D打印技術(shù)成功打印活細胞構(gòu)建人體組織、研制出可打印生物材料和活細胞的商品級生物3D打印機、發(fā)布我國首臺面向醫(yī)療應(yīng)用的高通量集成化生物3D打印機、到作為首席科學家主持“國家重點研發(fā)計劃”研發(fā)第一代3D打印器官芯片產(chǎn)品Organ Tria，他已取得了一系列顯著的研究和應(yīng)用成果，并入選國家萬人計劃、科技部創(chuàng)新人才推進計劃、浙江省萬人計劃等。

“定情”生物3D打印技術(shù)

徐銘恩出身醫(yī)學世家。1995年考入浙江大學，從本科到博士畢業(yè)，他跨越了藥學、生物醫(yī)學工程、材料、儀器等不同專業(yè)領(lǐng)域。2004年，3D打印引起徐銘恩的強烈興趣，他的跨學科背景恰好成為跨入生物3D打印研究的優(yōu)勢。2005年，他申請到清華大學機械系生物制造研究所做3D生物打印相關(guān)研究的博士后，從此，便“定情”3D生物打印技術(shù)。

專業(yè)轉(zhuǎn)換的背后，徐銘恩有一個長長的心路歷程。讀高中時，受家人職業(yè)的影響，徐銘恩瞄準了自己考大學的專業(yè)目標——醫(yī)學，“當時就想著開發(fā)出新藥物來治病”;大學念了醫(yī)學專業(yè)，發(fā)現(xiàn)研制新藥物代價、難度極高，而醫(yī)療價值不確定性很強。于是就在研究生攻讀生物工程學，決心用新技術(shù)來解決藥物無法治療的疾病。在博士畢業(yè)之時，徐銘恩開始接觸3D打印（當時稱快速成型），并產(chǎn)生濃厚興趣。敏銳的技術(shù)嗅覺，讓他預(yù)感到這個技術(shù)如果成功運用于醫(yī)學，會給患者帶來福音。

“如何讓3D打印機打印出來的細胞存活下來”是徐銘恩在博士后時期碰到的第一頭“攔路虎”。已經(jīng)記不清失敗的次數(shù)，說人到了“崩潰的邊緣”也不夸張。終于，在2006年夏天，徐銘恩意外發(fā)現(xiàn)自己用脂肪干細胞打印出來的一塊組織不但存活，而且保留了完美的組織結(jié)構(gòu)?！皬哪且豢唐?，我終于覺得自己做的事情不再是天方夜譚。”欣喜之余，他還和同伴嘗試油煎了這塊“人造脂肪”，甚至品嘗了它的味道。同年，徐銘恩獲得國家自然基金的支持，并被破格晉升為副教授。

2012年徐銘恩和團隊在這一領(lǐng)域的工作被國際期刊《Biomaterials》評價為“生物3D打印領(lǐng)域最先進水平”。

產(chǎn)業(yè)化推動基礎(chǔ)研究

在徐銘恩的實驗室里，放著已經(jīng)打印好的肝、肺、耳朵等模型?！斑@些都是Regenovo打印出來的”，徐銘恩介紹說?！癛egenovo”就是徐銘恩團隊研制的生物3D打印機的名字，誕生于2013年，它的出現(xiàn)意味著其他生物醫(yī)學研究的科學家也有了更穩(wěn)定的工作平臺。

這臺打印機不僅實現(xiàn)了無菌條件下的生物材料和細胞的3D打印，而且新型的溫控單元和打印噴頭設(shè)計，能夠支持從-5℃到260℃熔融的多種生物材料打印，已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?！斑@中間的過程并非一帆風順，研究初期，打印出來的細胞死亡率很高，約90%的細胞都無法存活，后來細胞存活率大幅度提高了，但打印出來的結(jié)構(gòu)又堅持不了一個星期，只能不斷摸索，一個問題一個問題去死磕它，去解決它?！毙煦懚髡f。

盡管Regenovo“武藝”高超，但徐銘恩坦言，真要按需打印活體器官還有一段漫漫長路，但他已經(jīng)做好了充分的準備。

科研工作中時常會遭遇“資金短缺”，徐銘恩也不例外，2009年實驗室的工作曾一度難以為繼。2013年，徐銘恩成立了杭州捷諾飛生物科技股份有限公司，把在研究生物3D打印技術(shù)的路途中積累下來的部分技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，團隊擺脫了資金短缺的困窘?！爱a(chǎn)學研結(jié)合是科技發(fā)展的大勢所趨，成立公司的目的除了推動科研成果盡快轉(zhuǎn)化應(yīng)用，也能反過來推動基礎(chǔ)研究。”

噴頭的制作、打印原料的選取、圖紙的設(shè)計，每一項都不是輕而易舉能夠攻克的。一路困難相伴，一路闖關(guān)克服，徐銘恩很是淡定從容。

回憶起當時培育細胞（作為打印原料的細胞）的經(jīng)歷，徐銘恩頗有些感慨。當時還沒有成熟的研發(fā)團隊，徐銘恩靠自己一個人來干。為了獲取存活率高的細胞，從早到晚最少要做三次實驗。每次試驗完，過幾個小時還要總結(jié);發(fā)現(xiàn)不對就再做、再總結(jié)?！皩嶒瀳蟾娑紝懥撕窈竦暮脦妆?。”為了有所對比，徐銘恩還加大了試驗的強度，一組12個細胞進行對比，發(fā)現(xiàn)哪一個與其他的不一樣，就拼命回憶，拼命地查記錄，把這個偶然的東西轉(zhuǎn)化成有規(guī)律的東西。做實驗的這段時間，徐銘恩最常感受到的就是“一抬眼天就黑了”！

2017年，以徐銘恩為首的科學家團隊發(fā)布了我國首臺高通量集成化生物3D打印機?！斑@臺緊扣臨床轉(zhuǎn)化和應(yīng)用需求的生物打印機代表了我國生物3D打印設(shè)備的頂尖水平?！眹抑攸c研發(fā)計劃項目專家組如此評價，意味著我國相關(guān)領(lǐng)域的研究水平實現(xiàn)了從與國際先進水平“并跑”到“領(lǐng)跑”的跨越。更令人值得高興的是，該領(lǐng)域的一些科學家在使用了徐銘恩團隊研發(fā)的生物3D打印機后，做出了很多有價值的科學研究成果。

培育“中國科學的未來”

徐銘恩始終有個信念，要用科技創(chuàng)新為中國生物醫(yī)藥中小企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級貢獻自己的力量，具體行動就落實在籌建清華大學&杭州電子科技大學“生物制造研究中心”。

多年努力后，生物制造研究中心從無到有，逐步構(gòu)建了由生物材料和細胞三維打印平臺、生物芯片制造平臺、移植醫(yī)學器械開發(fā)平臺等構(gòu)成的先進研究平臺，形成了一個多學科的研究團隊，入選浙江省重中之重學科重點培育方向。

在研究中心里，徐銘恩和學生、以及其他老師組成了一個專門做生物3D打印研發(fā)的團隊，除了每天必要的實驗、檢查，他又增加了新的工作——帶好這群有創(chuàng)造力的“中國科學的未來”。

學生們對徐老師最大的印象就是“特別注重激發(fā)每個人的創(chuàng)造力”。而徐銘恩自己也說：“我希望大家是真心喜歡干這個！”

徐銘恩對培養(yǎng)學生有一套自己的理念。他對學生“頗為嚴苛”，要求學生在學習和實驗中回歸自我，有獨立的思考。“我不希望學生習慣性地跟著老師走;最好是學生在一個階段后能過來跟我聊問題、聊自己的想法和點子，我再來幫他完善。這樣或許起點有些低，但最終能幫助他們?nèi)〉酶蟮倪M步?！薄昂芏嗍虑榘凑赵醯穆纷觼碜?，好像是傻了一點，但回過頭看，卻是走得最踏實、最穩(wěn)健的?！毙煦懚餮a充到。

徐銘恩在學生中非常受歡迎。他講授的“生命科學導論課”連續(xù)多年被學生評為最好的公選課之一?！澳苄疫\地選上這門課實在不容易，太多人選了?！毙煦懚鞯囊粋€研究生說，“住我隔壁寢室的同學選修了‘生命科學導論課后，因為太好聽，第二年又去旁聽了一遍?！蹦軐⒁婚T課上得如此“出神入化”，這與徐銘恩廣泛的興趣和多學科背景密不可分。

“生物3D打印研究也確實要求較復(fù)雜的學科背景。如果對別的學科不了解，很多問題就僵在那里動不了;都有所接觸后，就可以多角度、多層次地想問題，有的時候可以隨手拿來?！币驗檫@樣，他也有意識地引導學生拓寬學科背景，以便將來能夠慢慢地獨立承擔起這個方向的研究工作。

徐銘恩團隊的研究工作踏上正軌后，猶如一輛高速行駛的列車，幾乎每年都能傳來好消息。2019年，徐銘恩擔任了國家自然科學基金委“國家重大科研儀器研制”項目的首席科學家，進一步提出高保真打印技術(shù)，推出首臺全自動生物3D打印機，推出國際首個大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用的3D打印皮膚，成功應(yīng)用于新藥篩選、化妝品毒理與功效等檢測。

談起跨入“3D生物打印”領(lǐng)域的初心，其實是來源于一場刻骨銘心的分離——曾養(yǎng)育過徐銘恩的親人在醫(yī)院用盡最好的技術(shù)，還是在眼前漸漸逝去。“活著是一件很美好的事情，所以我要做一個技術(shù)能讓家人、讓很多不認識的人，可以活得更健康一些，活得更長一些?！?/p>

（王曉紅，民革浙江省委會宣傳部副部長/責編 張棟）