芯片上造器官 方寸間探骨科
——記香港中文大學生物醫(yī)學工程學系校長特聘助理教授李中

王 芳 戶 萬

李中

在芯片上打造人體器官，聽起來似乎太過玄幻。

但是，進入21世紀后短短幾年，生物醫(yī)學領域的飛速發(fā)展便成功將之變?yōu)楝F(xiàn)實。將人體細胞置于微流控體系中，通過調控培養(yǎng)環(huán)境，可以有效復刻人體器官的關鍵功能，進而用于疾病研究和藥物研發(fā)。從肺、腦、心、肝的芯片，到腸、腎、血管、皮膚的芯片，器官芯片的種類越來越多，近年來又誕生了膝關節(jié)器官芯片。

2016年，器官芯片被達沃斯世界經濟論壇評為“十大新興技術”之一。為搶占科研制高點，國際上掀起了器官芯片的研究熱潮，促成了一項項交叉學科研究。李中，正是一位熱衷于此的科學家。

作為一名從本科就篤志利用工程技術解決骨科難題的研究者，在十余年的醫(yī)工結合研究中，李中始終堅持從臨床需求出發(fā)，不斷探索新的研究方向，在器官芯片、生物材料、組織工程等領域發(fā)表《科學引文索引》（SCI）論文50余篇，取得了一系列令人矚目的成果。

2022年，李中加入香港中文大學（以下簡稱“港中大”）生物醫(yī)學工程學系擔任校長特聘助理教授。在港中大深厚的工學和醫(yī)學底蘊之上，他期待與廣大同行密切交流，在跨學科合作中推動生物醫(yī)學技術的發(fā)展，造福社會大眾。

醫(yī)工結合，解決骨科難題

2008年，李中考入華南理工大學機械與汽車工程學院。憑借突出的英語成績，他順利進入機械工程及自動化專業(yè)雙語班，接受雙語訓練。機械工程及自動化是華南理工大學的老牌強勢專業(yè)，匯聚了來自全國各地的優(yōu)秀理工學子。李中在專業(yè)上表現(xiàn)優(yōu)異，多次獲得國家級和校級獎學金。在緊張而又充實的課程學習之余，他還積極參與2010年廣州亞運會和學校國際交流與合作處的志愿者活動，并獲得廣州亞運會金牌志愿者和國際交流與合作處杰出志愿者稱號。

畢業(yè)前夕，李中發(fā)現(xiàn)自己對于利用工程技術解決醫(yī)療難題具有極大的熱情，決定轉行申請國外生物醫(yī)學工程方向的博士項目。為了跨專業(yè)獲得指導，他毛遂自薦，向學院金屬材料加工專家康志新教授提出申請，希望能夠自選與醫(yī)用金屬相關的課題進入康教授實驗室，完成畢業(yè)設計?！霸緢竺麜r間已經過了，康教授看我有熱情也有想法，就答應增加一個名額。我至今都感激康教授，他是我進入生物材料研究領域的啟蒙老師?！?/p>

鈦金屬的表面改性研究是李中接觸的第一個與骨科生物材料相關的課題。通過課題研究，他意識到自己對骨科研究具有濃厚的興趣?！肮强萍膊‰m不像癌癥致命，卻非常普遍，嚴重降低病人的生活質量?！崩钪姓J為這一領域十分具有前景。

基于本科期間優(yōu)異的學業(yè)成績和綜合素質，2012年夏天，李中獲得新加坡南洋理工大學的博士研究生全額獎學金，南下讀博。李中在博士期間的研究方向是利用生物陶瓷修復骨缺損。他清晰地記得，第一次與導師許謙益（Michael Khor）教授見面的時候，他滿懷期待地問導師自己應該做什么方向。令他意外的是，導師反問他最喜歡的是什么方向。在接下來幾年的學習中，導師一直鼓勵他充分利用實驗室的研究基礎來追求自己感興趣的課題，并在這個過程中學會提出重要的科學問題，進而在尋找答案的過程中實現(xiàn)對知識邊界的突破。在導師的支持下，李中選擇了納米復合生物陶瓷這一研究方向，深入探究工藝、結構、性能三者的關系。他利用材料學、力學和生物學的前沿技術手段，在生物陶瓷的斷裂韌性、生物活性及加工效率等方面實現(xiàn)了一系列創(chuàng)新。憑借相關科研成果，他在2017年順利獲得南洋理工大學博士學位。

隨后，李中在導師的熱情邀請下加入南洋理工大學和新加坡國立眼科中心的聯(lián)合交叉學科項目進行博士后研究?！拔业暮献鲗熓切录悠聡⒀劭浦行慕悄づc外眼疾病專家約德·梅塔（Jod Mehta的音譯）教授。他在一次學術交流中指出骨齒人工角膜移植術是一種昂貴又復雜的手術，希望我們能尋找一種強韌、耐磨、耐腐蝕且生物相容性高的材料，將手術過程進行簡化?！碑敃r，生物惰性陶瓷在骨科領域已有成熟的應用，但還從來沒有用于眼科領域。梅塔教授提出的性能需求，與李中及其導師的研究領域高度契合，于是雙方一拍即合。經過優(yōu)化工藝參數(shù)，李中成功制備了具有優(yōu)異綜合性能的復合納米生物陶瓷來替代骨齒人工角膜移植術中使用的犬齒。由此，通過將一項成熟的生物材料技術應用于一個新的跨學科領域，李中和導師解決了一個眼科難題。這段研究經歷更加堅定了他在科研中打破學科邊界、追求跨學科創(chuàng)新的信念。

基于這一課題的研究成果，李中在2016年舉辦的“世界青年講座比賽”（Young Persons' World Lecture Competition）總決賽中獲得了全球第一名?！皩⒉牧峡茖W領域的技術創(chuàng)新深入淺出地呈現(xiàn)出來，正是這項比賽所需要的?！被仡櫛荣惤洑v，李中深有體會地說道，“就像習近平總書記一直強調的那樣，要講好中國故事、傳播好中國聲音?？蒲腥藛T不僅要將科研做好，同時也要講好科研故事，讓盡可能多的人受益于我們的科研成果?！?/p>

在新加坡的研究經歷讓李中更深刻地認識到挖掘臨床需求和開展交流合作的重要性。他意識到如果要做好醫(yī)工結合的交叉學科研究，就必須增強自己在醫(yī)學方面的知識儲備。因此，尋找醫(yī)學院的博士后機會，成為他下一階段的目標?！拔乙恢敝雷约合胍鍪裁矗仓榔渲械娘L險。作為一個從機械工程跨領域來研究生物醫(yī)學的研究人員，我覺得自己最大的幸運是遇到了鼓勵我大膽嘗試、一路給我指引的良師益友?！?/p>

2016年，李中（中）獲得英國材料、礦物和礦業(yè)學會（IOM3）舉辦的世界青年講座比賽第一名

器官芯片，新興未來技術

2018年，憑借優(yōu)秀的科研成果和對醫(yī)工結合研究的熱情，李中獲得了美國匹茲堡大學醫(yī)學院骨科系的博士后職位，導師是國際知名的生物醫(yī)學科學家、匹茲堡大學醫(yī)學院骨科系杰出教授段崇智教授。“段教授和林航教授的指導大大加深了我對骨科尤其是關節(jié)疾病的認知，他們對骨科研究的熱愛也深深感染著我?！?年間，李中不懈努力，在骨科器官芯片研究領域做出了斐然成果。他先后獲得了美國骨科研究學會（ORS）“減少、替代、優(yōu)化”獎（3Rs Award）、維克森林再生醫(yī)學研究所（WFIRM）青年科學家獎，以及組織工程與再生醫(yī)學國際學會美洲分會的學生與青年科學家科學卓越獎等獎項。

創(chuàng)新性交叉學科研究對李中有著巨大的吸引力?！捌鞴傩酒芯康镊攘υ谟谒抢霉こ?、醫(yī)學和生物學領域的最新方法和技術來解決醫(yī)療問題。”利用人體間充質干細胞和3D打印技術，李中在微流控體系中構造了第一個包含4種組織的人體膝關節(jié)器官芯片——“迷你關節(jié)”。通過調控培養(yǎng)環(huán)境就能在此芯片中實時觀測組織間的“對話”，進而研究膝關節(jié)疾病發(fā)病機理并測試藥物。于方寸之間復刻的微縮版人體器官為醫(yī)學研究提供了一種準確度高、小巧靈活的高通量分析測試平臺，這讓器官芯片研究在近年來發(fā)展迅猛。李中進一步補充道：“人體器官芯片可利用特定個體的細胞構建而成，科研人員可借此進行個體化的病理研究和藥物開發(fā)。”在當下個性化精準醫(yī)療的發(fā)展趨勢下，這無疑是一個十分吸睛的亮點。

在匹茲堡大學醫(yī)學院骨科系的工作告一段落后，李中受邀加入醫(yī)學院神經生物學系擔任研究助理教授，利用器官芯片技術對關節(jié)疼痛機理進行探索。2022年是李中在科研征途上的第十年和進入器官芯片領域的第五年，經歷了這些年在海外的磨煉與積淀，他內心里回國效力的想法日益強烈。

此時，大洋彼岸的港中大面向全球推出了一項校長特聘青年教授人才計劃。此計劃旨在吸引全球范圍內極具潛力的青年學者加盟港中大，以推動《香港中文大學策略計劃2021—2025》中提出的4個重點科研領域的快速發(fā)展。李中當即提交申請，在經過簡歷篩選及三輪面試后最終在幾百名申請者中脫穎而出，成為當年5位入選者之一。堅持與時俱進、應需而動，不斷挑戰(zhàn)自我、開辟新的領域，在摸索中保持定力，堅定追求科研興趣與夢想，這正是李中最終獲得青睞的關鍵所在。

李中于2022年加入港中大工學院生物醫(yī)學工程學系。生物醫(yī)學工程學系由學校工學院和醫(yī)學院合作成立，雖只成立了短短5年，但發(fā)展非常迅速，已在最新的軟科排名中高居全球第13?！拔蚁Ｍ麖呐R床需求出發(fā)，利用醫(yī)工結合的手段開展基礎和轉化研究。港中大的醫(yī)學和工學研究底蘊深厚，加入港中大生醫(yī)工系是一個非常棒的選擇?！?/p>

在學校的支持下，李中迅速組建了包括博士后、博士生、碩士生和研究助理在內的研究團隊?！拔覍永m(xù)此前的研究方向，繼續(xù)利用器官芯片和生物材料解決骨科難題?！背蔀閷熤蠓彪s而又充實的工作，令李中甚是懷念從前純粹埋首研究的美好?！澳鞘且欢螌⒆约旱纳钆c課題融為一體的時光，我可以心無旁騖，專注于自己的項目研究?！闭蜻@份懷念，李中在實驗室建設上，努力營造積極向上的團隊氛圍，廣泛開展合作，讓團隊成員發(fā)揮所長，盡情追求自己的科研夢想?！拔彝ǔ２⒉粫o他們規(guī)定具體的研究內容，我更希望他們來告訴我自己的興趣和特長所在，我們一起尋找結合點，發(fā)揮個人和團隊的優(yōu)勢，相互協(xié)作，高效且富有激情地投入研究當中。當離別的時刻到來，我希望每個人都能收獲滿滿?！?/p>

2019年，李中（右一）在匹茲堡大學醫(yī)學院進行博士后研究時與實驗室本科生合影

在工作中，李中也十分注重讓學生通過課程學習和科研項目掌握將來職業(yè)發(fā)展所需要的思維方式和工作技能?！拔蚁Ｍ?，每一位團隊成員在我們實驗室的經歷，能幫助他們更好地實現(xiàn)自己的人生價值。”

器官芯片在藥物開發(fā)行業(yè)及個性化醫(yī)療領域都有可觀的發(fā)展前景。香港政府和港中大非常重視校企合作，大力支持科研人員進行成果轉化以造福社會。李中目前也是香港政府的重點項目InnoHK創(chuàng)新香港研發(fā)平臺下轄的神經肌肉骨骼再生醫(yī)學中心（CNRM）的成員。神經肌肉骨骼再生醫(yī)學中心匯聚了來自港中大和瑞典卡羅林斯卡醫(yī)學院的頂尖科研人員，共同致力于推動神經系統(tǒng)與骨科疾病相關的科研成果向臨床應用轉化。

“另外，香港政府與科技部、自然科學基金委等近年來均加大力度支持兩地科研院校開展合作科研項目，這些項目加強了香港與內地，尤其是與大灣區(qū)城市的交流，同時也促進了企業(yè)和科研院所的合作。”2022年11月，國家自然科學基金委和港中大聯(lián)合舉辦了“骨與關節(jié)軟骨退變和再生學術研討會”。這對李中來說，便是一個非常寶貴的機會?！昂苄疫\能借這個機會向包括段崇智校長、張英澤院士、秦嶺教授在內的眾多骨與關節(jié)疾病領域的專家請教學習。我非常期待以后能與內地的同行們深入交流，發(fā)揮兩地各自的科研優(yōu)勢，深入開展合作，為香港乃至國家在器官芯片和生物醫(yī)學領域的科技進步貢獻力量?！?/p>