——记清华大学深圳国际研究生院助理教授耿洪亚
组织工程(Tissue Engineering)旨在开发出替代受损组织或器官的生物替代品，从而恢复、维持或者改善其功能，人类受精卵可以在数周之内完成一系列细胞扩增、分化，发展出功能完善的胚胎，包括跳动的心脏、复杂的神经网络和骨骼结构等等。因此，研究人员认为在时间上对细胞行为进行调节，重现天然细胞扩增和分化的过程是组织工程的终极目标。相关工作须要结合材料科学、生物学、工程学、化学、医学和细胞学等多个学科的交叉融合，组织工程不仅有望解决器官移植的科技难题，还能为疾病治疗、药物研发和临床医学研究提供全新的工具和方法。以组织工程技术为代表的新兴技术，在医学领域有着广阔的应用前景，但依然存在诸多挑战与亟待解决的难题。耿洪亚博士领衔的科研团队立足于“健康中国”发展战略要求，聚焦组织工程的关键技术，围绕仿生天然细胞外基质形态、理化性质、生理学性能，创新研发半导体高分子导电材料、光热材料和生物可降解材料，聚焦光热控缓释、生物活体成像、纳米升温、神经修复、伤口愈合等领域。
优化升级生物材料加工制备方法
实现对活体细胞的时空调控有赖于对生物材料微观、宏观和界面结构的加工和改造，耿洪亚团队通过对冰晶生长的调控，结合增材/减材制造技术，实现生物材料微纳结构的有序、规模化加工，制备个性化的生物材料支架，进而在三维空间上精准排布功能细胞。“不同加工手段的有机整合具有普适性、低廉、可规模化连续生产的特点，我们也希望能够通过与同行们的共同努力为个性化生物支架的研发和临床转化提供全新的科学方案。”
耿洪亚团队利用3D打印、微孔生成等策略以及冰模板定向冷冻等技术制备出各向异性水凝胶的分级多孔结构，并通过共价键、配位键和氢键等相互作用使支架具有强韧的机械性能和细胞浸润性的新型空气水凝胶生物支架。将空气水凝胶支架埋植到组织缺陷部位，相邻健康组织中的健康细胞便可以扩散浸润进入支架，并定植、分化和形成新的组织/器官，促进组织的再生。同时可负载神经生长因子和促炎/抗炎药物，达到神经干细胞向神经元/胶质细胞分化和按需调节炎症反应的目的，有望进一步缩短神经再生周期(如图所示)。
二维纳米结构/导电高分子复合加工实现红外光/生物电的有效利用
团队利用二维纳米结构/导电高分子复合材料独特的光热转换性能，开发和设计了红外光响应药物载体，通过红外光这种对生物体影响极小的光源实现了对药物分子、生长因子、抗炎因子和营养元素的有效递送，为调控细胞行为提供了良好的生物和化学微环境。其次，利用二维纳米结构/导电高分子复合材料独特的导电性，设计了高能量密度电荷载体和滤波系统，有望通过电刺激诱导细胞的分化与再生，为调控细胞行为提供可控的生物电环境。无论是时间，还是空间维度，我们期冀能够对细胞的调控行为进行全面的科研探索。实现精准的细胞时空调控，还必须探究细胞在支架中的行为。团队通过导电高分子、贵金属纳米颗粒和生物大分子的自组装，实现了对可见光、近/远红外光的可变吸收、局部氧化还原微环境响应、和光热增强效应，通过结合共聚焦拉曼成像技术、深度机体穿透的光声成像技术、聚焦离子束场发射扫描电镜(FIB-SEM)和X射线计算机断层扫描等技术等，实现了三维细胞和组织活体成像、细胞氧化还原微环境、pH微环境、特异性蛋白和核酸的3D示踪。
南国清华还有一群可爱的人一道前行
科学工作需要薪火相传的接力，南国清华的老中青少们正拾级而上，以责任为伴，铸就勇攀高峰的信念。邢新会教授领导了生物化工、育种和高通量微流控细胞培养/筛选技术，解决了大健康的“卡脖子”问题;成会明教授引领的“高质量石墨烯材料的制备与应用基础研究”为高质量新型二维结构的各项应用带来新契机;康飞宇攻关的“微纳超结构碳的设计、构造和储能研究”，又为我国“双碳”目标贡献新的力量。一系列的突破与成就，都来自校园深夜一盏盏灯下的身影。这也终将影响一代又一代年轻人朝更深入、更广阔的科技海洋不断迈进。对先进科学技术的仰望与追求，也必将引领着一个国家科技走向自立自强，在创新中不断实现生物医药与健康领域、新能源等多个领域多项从“0”到“1”的突破，书写属于自己的精彩篇章，他们就是南国的那一星星紫。
”随着科技的发展，智能化精准医疗得迅速发展。面对精准医疗的智能化、规模化和个性化需求，我们将继续在前期工作的基础上，通过精确调控生物支架的化学结构、微观/宏观几何结构，开发仿生细胞外基质人造支架新技术和新理论。“
未来，团队将继续围绕材料科学、生物学、化学、医学和生物工程学等学科领域，着力揭示组织工程中可植入生物支架的加工、制备及功能化的关键科学问题，力争在器官、类器官冷冻保存领域取得突破性研究成果，以此来奠定规模化、低成本构建功能性和个性化的高仿生细胞外基质的科学基础，为组织工程与再生医学相关产品的临床转化提供技术保障。文/李杰
