分会场三 材料生物学与再生医学 

Session 3: Materiobiology and Regenerative Medicine

2017年，刘昌胜院士提出“材料生物学”概念，提倡系统地研究生物材料在细胞、组织、器官以及整个机体等不同层次上的生物学效应。这是一个深入探讨生物材料与生物系统之间复杂关系的学科，旨在理解材料如何影响细胞行为、组织形成和底层机制。再生医学是一个开创性的领域，代表了医疗健康研究模式的转变，专注于修复、替换或再生细胞、组织或器官，以恢复或重建正常功能。材料生物学与再生医学的相交研究，专注于根据生物学医学需求设计和应用材料，以调控用于治疗目的的生物过程。材料生物学和再生医学共同致力于提高我们治疗各种疾病的能力，从退行性疾病到创伤性损伤，通过利用材料的功能来指导和支持身体的自愈机制。

 

 

论坛主席

吴成铁 研究员 中国科学院上海硅酸盐研究所

 

吴成铁，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员、博士生导师。现任中国科学院苏州生物医学工程技术研究所书记、所长。主要从事生物医用材料与植入医疗器械的研究。先后获得基金委杰出青年，中组部WR计划领军、科技部中青年领军人才、国家海外高层次人才（青年类）、中国科学院海外人才计划、上海优秀学科带头人等。主持承担科技部十四五、十三五重点研发计划、十二五863计划、国家自然基金重点等科研项目。现担任学术期刊“Biomedical Engineering Frontiers”共同主编，“Applied Materials Today”和《无机材料学报》副主编、“Acta Biomaterialia”与“Bioactive Materials”编委。科研成果在Advanced Materials、Science Advances、Matter、National Science Review、Materials Today、ACS Nano、Nano Letters、Materials Horizon和Biomaterials等期刊发表SCI论文300余篇, h指数90，2015-2023连续9年入选Elsevier评选中国高被引用学者榜单；主编CRC英文专著一部，并参与撰写11本英文专著章节。申请专利72项，其中45项中国专利及2项美国专利获授权、25项实现企业转让。荣获国际生物材料联合会Fellow、英国皇家化学会JMC-Lectureship奖、国际材联IUMRS Young Scientists奖、中国生物材料学会优秀青年科学家奖、中国硅酸盐学会青年科技奖、中国生物材料学会科技一等奖和黄家驷生物医学工程奖等荣誉。

报告题目：

 

3D打印生物活性仿生材料

 

摘要：

 

3D打印技术是组织工程和再生医学领域最有前景的技术之一，其能够在三维空间中逐层堆叠多种成分（材料、细胞等），从而构建出复杂而精确的结构。因此，对于组织再生支架的构建，3D打印方法已远远超越了其他传统的制造方法。如何通过巧妙的设计，利用3D打印技术构建具有不同组成、结构和功能的个性化组织再生支架是再生医学领域的研究重点。我们针对3D打印支架仿生化、功能化的需求开展了一系列研究工作，从材料设计、结构调控，到功能化改性，再到多细胞打印人造组织，开发了多种具有优异生物学功能的3D打印组织再生支架。首先，我们通过对3D打印支架的宏/微观结构进行调控，构建了一系列具有优异组织修复性能的仿生支架。宏观上，通过精确的模型设计，打印出仿生莲藕、天然骨多级结构等支架，能够有效促进血管化骨再生。微观上，通过将微生物催化等技术与3D打印技术相结合，构建出具有特定微纳米结构的3D打印支架，显著地提升了支架的成骨性能。对于疾病所导致的组织缺损，具有单一修复功能的支架不能达到理想的治疗目的。因此，我们进一步将3D打印技术与表面改性策略相结合，开发了多种兼具肿瘤治疗和组织再生双重功能的3D打印支架，从而更高效地治愈由肿瘤疾病导致的缺损。此外，针对复杂组织/器官的再生和构建，需要开发出多细胞规律排布的仿生支架。因此，我们将3D材料打印进一步拓展到3D多细胞打印，通过调控无机生物墨水的组成，设计细胞空间分布，构建出模拟不同复杂组织的多细胞支架。通过3D细胞打印构建的多细胞支架在体内、体外均具有优异的组织再生功能，这也为其他复杂组织/器官的三维重建提供了基础。进一步，我们将探讨如何进行临床转化和成果转化。

 

 

朱融融 教授 同济大学

 

朱融融，长聘特聘教授、国家杰青、博士生导师，教育部脊柱脊髓损伤再生修复重点实验室常务副主任。任上海市衰老与退行性疾病学会衰老与认知障碍分会、中国研究型医院学会神经再生与修复专业委员会神经保护学组副主任委员、上海生物化学与分子生物学学会理事、国际华人骨研学会 (ICMRS)终身会员、中国医师协会基础青年学组委员等。已主持国家、省部级项目10余项。获上海青年科技英才、上海市晨光学者、上海市自然科学奖一等奖、中国康复医学会科学技术奖一等奖、华夏医学科技奖一等奖、上海医学科技奖成果推广奖等荣誉及奖项。近年来在STTT., Nat. Commun., Adv. Mater.等国内外权威期刊发表论文百余篇。获美国授权专利2项，中国发明专利9项，其中生物活性支架修复脊髓损伤及DeepScreen的创新成果2项已通过PCT国际专利并进入美国国家阶段。

报告题目：

 

生物材料与干细胞命运调控

摘要：

 

在组织再生领域，基于干细胞的治疗方法具有广阔的临床应用前景。维持干细胞多能性和有效诱导特定谱系分化对于确保其治疗效果至关重要。利用生物活性材料用于调控干细胞命运已成为研究领域的焦点和创新突破的关键途径。

我们最近开发了一个名为DeepScreen的高通量人工智能系统。我们成功地训练了一个卷积神经网络分类模型，可以准确预测神经干细胞分化的命运。DeepScreen平台是一个全面的、智能的高通量筛选系统，可以适应不同的神经营养因子、生物材料和生物材料因子组合。DeepScreen系统在预测干细胞命运方面具有精确性、高效性、广泛适用性和用户友好性的特征，能够简化和加速神经保护和再生相关新药物的筛选和鉴定过程，它有潜力在生物材料引导的干细胞命运调控和中枢神经系统再生研究领域取得重大进展。

基于这一AI筛选系统，我们设计并验证了由不同金属元素组成的层状双氢氧化物（LDH）纳米材料对各种干细胞自我更新和分化能力的影响，以及潜在的分子机制。研究表明，在小鼠胚胎干细胞(mESCs)增殖培养过程中添加Mg/Al-LDH可以增强其自我更新能力，不同粒径的LDH对mESC的自我更新有不同的影响。用不同阳离子组成的LDH处理mESCs，转录组学和蛋白质组学筛选显示，与Mg/Al-LDH相比，Mg/Fe-LDH更有效地激活LIF/PI3K/AKT信号通路。随后，激活下游TET1/2并促进mESCs中的DNA去甲基化过程。我们最近的研究发现，MgFe-LDH以一种时间依赖性的方式与细胞膜受体结合，促进ESCs的自我更新或定向分化。单细胞转录组分析和分子动力学模拟研究表明，MgFe-LDH在ESC分化第1天与膜受体LIFR结合促进干细胞自我更新，而在第3天结合膜受体PTCH1促进其向神经元分化。在此基础上，我们利用LDH进行工程化脊髓类器官（enTsOrg）构建并研究了其功能。在全横断脊髓损伤动物模型中，enTsOrg显示出胸段脊髓的精确结构和细胞组成，并参与轴突再生和功能恢复。

总之，我们的研究集中在通过设计、优化和合成LDH纳米材料来调控干细胞命运和促进组织再生的功能和机制。对LDH的深入研究，考虑到其在不同培养环境下调控干细胞功能和机制的显著变化，将为开发组合治疗系统用于组织再生和生物医学应用提供新的策略。

报告嘉宾

（按姓氏首字母排序）

 

 

陈填烽 教授 暨南大学

陈填烽，暨南大学教授、化学与材料学院院长，国家杰出青年基金获得者、万人计划专家、国家863青年科学家、教育部新世纪优秀人才。研究方向为硒纳米医学与疾病精准诊疗应用，在Nat Comm、Signal Transduction and Targeted Therapy、Matter、Sci Adv、J Am Chem Soc、Angew Chem Int Ed、Adv Mater等本领域IF>10期刊发表论文100篇，h-index 80，连续四年入选“中国高被引学者”榜单、全球顶尖10万科学家榜单。申报中国专利92项，实现技术成果转化13项，实现了纳米硒吨级生产，并开展多中心临床研究。以第一完成人获得2020年高等学校科学研究优秀成果奖技术发明二等奖、2020年中国抗癌协会科技二等奖、2018年中华医学科技奖青年科技奖、2018广东省自然科学二等奖等科技奖励。

报告题目：

 

硒纳米药物的肿瘤精准增敏与临床转化探索

 

摘要：

 

本次汇报主题将围绕肿瘤放疗中的关键科学问题，以及如何解决放疗毒性、放疗耐受和免疫抑制三大瓶颈，开展创新型硒纳米药物(SeNPs)的研究。我们根据肿瘤的生化特点，设计具有靶向性的SeNPs，实现精准给药，减少毒副作用。同时构建了具有肿瘤微环境响应特性的精确控释SeNPs用于克服肿瘤抑制瓶颈，提高肿瘤放疗敏感性和逆转放疗耐受。此外，我们还探索了通过SeNPs调节硒蛋白活性来激活自然/过继免疫系统的放射/免疫协同治疗策略与临床转化应用，并揭示其逆转放疗诱导的免疫抑制的分子机制。

 

林贤丰 研究员 浙江大学医学院

  

林贤丰，浙江大学医学院特聘研究员、主治医师，博导，国家优秀青年科学基金项目获得者。主要专注运动系统早期损伤/退变与修复关键细胞群的代谢调控研究。近五年以通讯/第一作者在国际权威期刊Nature、Nature Nanotechnology、Matter、Developmental Cell、Science Advances、JACS等发表SCI论文30余篇。先后主持国家自然科学基金项目4项。以第一发明人授权中国、美国、欧盟等专利20余项（已转让10余项），实现2款新型生物材料产品的临床转化。获中国青年创业奖、华夏青年医学科技奖、中国康复医学会科学技术奖一等奖。担任浙江省全省骨科创伤与衰老疾病的机制研究及精准修复重点实验室副主任、浙江省医师协会青年医师分会副会长、中国遗传协会衰老遗传分会委员、浙江省生物医学会理事。

报告题目：

 

天然来源生物材料调控运动系统细胞代谢研究

 

摘要：

 

细胞代谢是生物体维持生命活动一系列有序化学反应的总称。运动系统作为人体内细胞代谢最为活跃的组织之一，其早期损伤/退变与修复关键细胞群的代谢状态是影响疾病预后的重要“扳机点”。本团队聚焦运动系统早期损伤/退变与修复关键细胞群，构建了从代谢位点、代谢集群到代谢系统的多层级代谢调控策略：1、揭示破骨细胞Gasdermin D（GSDMD）调控溶酶体膜磷脂代谢和非编码RNA调控多核化新机制，构建脂质体-碱性纳米囊泡干预破骨细胞治疗骨质疏松与肿瘤骨转移，实现代谢位点调控；2、揭示骨与软组织损伤早期促炎型巨噬细胞过度活化及代谢模式紊乱，利用天然细胞外基质（Extracellular matrix，ECM）材料的“炎症饥饿疗法”选择性阻断促炎系列代谢物摄取促进组织修复，实现代谢集群调控；3、基于运动系统损伤/退变早期细胞能量和合成代谢紊乱始动因素—ATP和NADPH耗竭，构建哺乳动物细胞膜包裹的植物光合作用系统重塑病变细胞代谢稳态，提出动-植物跨界医学治疗新模式，实现代谢系统调控。

 

刘惠玉 教授 北京化工大学

 

刘惠玉，教授，博士生导师，国家杰出青年基金、国家优秀青年基金和牛顿高级学者基金获得者。2007年7月博士毕业于中国科学院理化技术研究所（TIPC）并留所工作，2013年9月至2014年9月在美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）作访问学者，2015年11月起任北京化工大学（BUCT）教授。研究领域为生物医用材料，在Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater.等国际期刊发表论文120余篇，总引用11600余次，ESI高被引论文13篇，H指数50，授权发明专利19项。担任Wiley旗下Exploration期刊副主编，Advanced Nanocomposites副主编，Fundamental Research、Materials&Design、Mater. Express编委、《无机化学学报》青年编委，中国医药生物技术协会纳米生物技术分会常务委员。曾获北京市科学技术进步奖一等奖（排名3），北京市医学科技奖二等奖（排名2），中华医学科技奖青年科技奖，中国科学院卢嘉锡青年人才奖，北京市科技新星，京博科技奖-京博优秀博士论文奖优秀奖博士导师等荣誉称号。入选Angewandte 2019/2020年度原创研究工作高被引全球前25位，并于2019-2022年起连续入选Elsevier&Stanford公布的“标准化引文指标全科作者数据库”全球10万全科科学家年度影响力名单。

报告题目：

 

压电声动力材料设计与应用

摘要：

 

声动力治疗作为一种新型治疗手段，在抗癌、抗感染等方面具有广泛应用，然而临床实验使用的声敏剂存在低稳定性、低催化活性等问题，限制了声动力治疗的进一步发展。因此开发性能优越的新型声敏剂迫在眉睫。压电材料具有独特的应力诱导载流子产生能力，可良好地响应超声实现高效的声动力治疗效果。为构造高安全性的压电声敏剂，我们开发高生物相容性的二硫化钼、羟基磷灰石等压电材料，探究其声动力治疗效果。为了提升压电声敏剂的催化活性，我们还开发了基于缺陷工程、界面工程的改造策略，扩展了压电声敏剂的催化反应类型，大大提升其催化性能。不仅如此，通过对压电声敏剂的整体治疗过程思考，我们发展了基于增强空化的治疗增效策略，有利于实现多重提升的声动力治疗效果。基于该策略，我们首次提出助声敏剂的概念，并开发基于气体生成、表面修饰、中空结构等空化增强手段，为扩展声动力治疗的应用提供坚实的平台及有力的工具。本报告将重点介绍课题组近期在压电声敏剂的合成及增效策略方面的进展，并讨论其在声动力治疗过程中的机制和拓展应用。

 

 

解慧琪 教授 四川大学华西医院

 

解慧琪，教授，博士生导师，四川大学生物治疗全国重点实验室干细胞与组织工程研究中心主任，华西医院骨科研究所副所长，教育部长江学者特聘教授、四川省学术和技术带头人，首届转化医学创新奖获得者，国家重点研发计划首席科学家。长期从事临床导向的组织工程细胞外基质材料的研究和转化，包括国家重点研发计划、自然科学基金等在内的30余项课题，以第一/通讯作者发表学术论文120余篇，主编专著1部，参编10余部。她作为第一发明人获批国家发明专利30余项，多项研究成果成功转化，已有5项产品获得国家药品监督管理局三类医疗器械注册证，广泛用于临床，惠及500多万患者。

报告题目：

 

组织工程细胞外基质材料的研究及产品转化

摘要：

 

开发具有诱导组织再生功能的新型生物材料已成为组织工程和再生医学研究的重要方向。细胞外基质（Extracellular matrix，ECM）材料在组织再生和重建中发挥着重要作用。研究表明，ECM材料可改变组织局部微环境，调动和募集内源性干细胞，促进血管再生，激活机体自我修复机制。经过数十年的基础研究，我们团队现已将部分研究成果转化为临床产品，形成了完整的ECM材料研发转化链条。目前，骨、肌腱、生物膜、疝补片、可吸收生物膜等5个产品已获国家三类医疗器械注册证，被2000多家综合医院广泛应用，惠及约 500万患者。为满足其他组织/器官的修复需求，我们通过一系列构型优化新策略，赋予ECM材料良好机械性能和再生诱导能力。这些材料便于临床应用，并能适应受损组织和/或器官的特性和功能要求。

 

 

颜标 研究员 上海交通大学医学院附属第一人民医院

  

颜标，博士、研究员（正高）、博士生导师、国家杰出青年科学基金项目获得者、教育部长江学者（青年）。现就职于上海交通大学医学院附属第一人民医院，科研处处长、国家眼病临床医学研究中心PI。主要从事血管性疾病的发病机制和治疗策略研究。以通讯作者发表学术论文60余篇，4篇论文入选ESI高被引论文，标志性成果发表在JCI、PNAS、Circulation、Circulation Research和Cell Rep Med等期刊。入选爱思唯尔（Elsevier）“中国高被引学者”（临床医学，2022，2023）；入选2013-2022年眼科领域学术影响力排行榜；一项成果入选2017年中华医学会眼科分会眼底学组十大科研亮点之首；一项成果入选2021年的眼科学十大诊疗新进展。作为负责人主持了国家自然科学科学基金6项；以第 1 权利人获得5 件发明专利授权。

报告题目：

 

眼底血管疾病的发生新机制和干预策略

摘要：

 

聚焦眼底血管疾病的发病机制和干预策略，开展了一系列的基础理论研究和临床应用研究。基础理论方面，揭示了内皮病变的表观调控新机制，找到了保护内皮功能和抑制内皮异常增生的干预策略；发现了治疗眼底血管性疾病的新细胞靶标---周细胞，保护周细胞功能和调节周细胞-内皮细胞对话可以抑制眼底血管病变；发现了调控视网膜神经-血管单元功能的新基因，干预这些靶基因可以抑制眼底血管病变，而且不会损伤正常视网膜血管和神经的功能。基于基础理论成果，收集了大量临床样本，分析了上述调控基因和眼底血管疾病的相关性，找到了候选的疾病标记物，并研发了诊断试剂盒；针对发现的疾病调控网络，通过计算机模拟筛选了候选小分子药物，并证实了这些药物对眼底血管疾病的治疗效果，还采用缓释技术延长了抗新生血管药物的半衰期。

 

 

杨磊 教授 河北工业大学

 

杨磊，清华大学学士、硕士，美国布朗大学博士、创新与创业管理硕士。河北工业大学生命科学与健康工程学院院长、教授，国家杰青、优青，国家重点研发计划项目首席科学家。研究领域为生物材料与植入性医疗器械，近年来在 Nature Biomed Eng、Mater Today、Adv Sci、J Orthop Translat等期刊上发表论文100余篇，出版英文专著3部，获得授权中国发明专利20余项和美国发明专利2项。现任国际期刊Int J Nanomed（IF=8.0）副总编、J Mater Sci & Tech（IF=10.9）副编辑、高等教育出版社《生物材料丛书》编委等。获河北省自然科学一等奖（排名第1）、江苏省科学技术一等奖（排名第3）、国际矫形与创伤外科学会（SICOT）的基础研究奖（全球每年1人）、英国皇家工程院创新领军人才和Rising Star奖、天津市青年五四奖章集体等荣誉。

报告题目：

 

力生物材料及其在组织修复与再生中的应用

摘要：

 

力学刺激在介导组织修复和再生的过程中至关重要。近年来，相关研究逐渐形成了一种新的研究范式，即通过利用力学-结构-生物功能关系来主动编程生物材料的功能，从而形成了力生物材料的新概念。本报告旨在阐明通过材料-组织力学相互作用调控生物功能的基本原理，讨论力学/物理模型和数值模拟在优化新型生物材料性能和结构中的重要性，并概述力生物材料的设计准则及其在组织修复和再生方面的应用潜力及挑战。

 

 

周瑾 研究员 军事医学研究院

 

周瑾，军事医学研究院军事认知与脑科学研究所研究员，国家优青，北京市科技新星，北脑青年学者，国家重点研发计划青年项目首席，担任中国生物医学工程学会组织工程与再生医学分会副主任委员、中国机械工程学会生物制造分会常务委员、中国生物材料学会青年委员会委员等职务。长期从事信息组织工程与再生医学研究，针对心肌仿生构筑能力不足和心脏修复再生能力有限的重要科学问题，提出了“揭示重塑新机理—设计仿生新材料—发展治疗新策略”三步走的研究思路。从材料生物学、表观遗传学等角度深度阐明了材料调控心肌发育重塑的基本原理，开辟了基于导电材料的心肌组织构建与心梗治疗新途径，并开展了基于免疫调控材料的心脏再生研究，推动了工程化心肌组织从再生能力提升向整合、治疗能力提升的跨越式发展。

 

相关研究成果获中国生物材料学会科学技术奖一等奖1项，作为项目负责人主持国家、地方各类项目20余项。以第一/通讯作者（含共同）在Advanced Materials、Advanced Science、Signal Transduction and Targeted Therapy、ACS Nano等期刊发表SCI论文40余篇，申请国家发明专利48项，其中授权29项，软著12项。

  

报告题目：

 

工程心脏组织的仿生构建及心脏再生研究

 

摘要：

 

缺血性心脏病是世界范围内死亡的主要原因之一，具有很高的临床发病率和死亡率。基于纳米材料和干细胞的组织工程策略，为损伤心肌的修复提供了一种新的治疗方法。基于此，我们团队开展了一系列基于干细胞和纳米材料的体外构建和心肌梗死治疗修复研究，系统阐明了心肌发育和重构的材料调控的基本原理，开辟了基于导电材料的心肌组织构建和心肌梗死治疗的新途径，提出了基于微环境活性调控材料的心脏再生新策略。主要包括:1)开展基于天然细胞外基质材料构建工程化心脏组织的关键技术研究，深入阐明生物材料调控细胞分化、去分化和转分化的规律和机制。2)开展了基于碳基、导电聚合物、离子电导率等新型导电材料的心肌贴片构建与心肌梗死修复研究，揭示了导电纳米材料调节心肌细胞发育组装的基本原理，提高了导电ECTs治疗心肌梗死的效果。3)结合心肌梗死早期炎症、坏死、缺血等微环境特点，研发出具有抗炎、抗氧化、促血管生成作用的智能反应、主动正调节水凝胶支架。通过功能性纳米颗粒和质粒的定向按需递送，实现了对心肌梗死微环境的抗炎、抗氧化、促血管生成和电刺激一体化的有效调控，大大提高了心脏的再生修复能力。在未来，具有主动微环境调节功能的仿生支架将在心肌构建和心脏再生中发挥重要作用。