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近日，在第七屆山東省“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽上，由青島大學(xué)檢驗(yàn)系副主任徐文華教授指導(dǎo)，2019級臨床檢驗(yàn)診斷學(xué)碩士研究生王子博帶領(lǐng)的創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)“膚源奇——全球4D打印干細(xì)胞載體的引領(lǐng)者”榮獲金獎(jiǎng)并位列高教主賽道研究生創(chuàng)意組第一名。由工信部、財(cái)政部共同舉辦的第六屆“創(chuàng)客中國”中小企業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽公示50強(qiáng)名單中，徐文華團(tuán)隊(duì)的“4D打印干細(xì)胞載體”項(xiàng)目榜上有名。

這是青島大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在全球首次提出用4D打印干細(xì)胞載體植入創(chuàng)傷處的核心技術(shù)。徐文華在接受科技日報(bào)記者采訪時(shí)表示，該技術(shù)為幫助燒傷患者移植皮膚，解決皮膚灼傷、創(chuàng)面大面積受損這一問題提供了治療新思路。

解讀4D打印干細(xì)胞載體技術(shù)

4D打印技術(shù)，在傳統(tǒng)的3D打印基礎(chǔ)上新增“時(shí)間”維度，使得其打印制品可以隨外界環(huán)境的改變而產(chǎn)生形變。

徐文華介紹，從2012年起，他們團(tuán)隊(duì)就開始進(jìn)行載體研發(fā)工作并取得一些成果。她研究發(fā)現(xiàn)，從蝦蟹外殼和藻類中提取的兩種物質(zhì)經(jīng)過一系列處理之后，很適合做干細(xì)胞的載體。因?yàn)檫@種載體保水性強(qiáng)，可以較好保持干細(xì)胞的活性;載體中所含物質(zhì)本身具有抗菌消炎作用，且不易產(chǎn)生免疫排斥反應(yīng);載體在37℃左右可以自動(dòng)變成凝膠狀態(tài)，后期還可以慢慢降解被人體吸收。

不過，在臨床治療中，干細(xì)胞必須達(dá)到一定數(shù)量才能起到較好的修復(fù)效果，如何轉(zhuǎn)載更多的干細(xì)胞呢?徐文華團(tuán)隊(duì)首先想到了3D打印技術(shù)。

他們利用微納3D打印系統(tǒng)，把載體材料打印成一個(gè)個(gè)直徑在50納米到100納米之間的孔，每個(gè)孔可以容納1到2個(gè)干細(xì)胞，這樣就可以讓干細(xì)胞均勻分布在載體上。根據(jù)患者皮膚損傷的嚴(yán)重程度，他們可以通過建模來進(jìn)行“個(gè)性化定制”，將載體打印成若干層，以便轉(zhuǎn)載相應(yīng)需求量的干細(xì)胞。

徐文華告訴記者，而4D打印，就是在3D打印基礎(chǔ)上增加了“時(shí)間”這一維度，即載體能夠隨著時(shí)間變化而發(fā)生形狀改變。低溫下打印出的載體是固體狀態(tài)，加載干細(xì)胞并放置到人體創(chuàng)面上之后，載體逐漸變成凝膠狀態(tài)，從而緊密貼合創(chuàng)面。

“這種新型4D打印干細(xì)胞載體孔徑均一、形狀可調(diào)，像多個(gè)小房間一樣將干細(xì)胞包裹在內(nèi)，可顯著提高細(xì)胞轉(zhuǎn)載量，且載體可被人體自然吸收，應(yīng)用過程無需手術(shù)，且不易留疤痕。”徐文華說，4D打印干細(xì)胞載體技術(shù)，類似于一種“創(chuàng)可貼”技術(shù)，無需植皮手術(shù)，用這種“創(chuàng)可貼”把干細(xì)胞“貼上去”，就能實(shí)現(xiàn)創(chuàng)面皮膚的快速再生修復(fù)。

這項(xiàng)首創(chuàng)技術(shù)成果正在進(jìn)入二期臨床試驗(yàn)

“學(xué)校醫(yī)學(xué)教育優(yōu)勢明顯，讀研時(shí)我毫不猶豫地選擇了母校。”在青島大學(xué)求學(xué)已經(jīng)有7年時(shí)光的該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人王子博告訴科技日報(bào)記者，這項(xiàng)全球首個(gè)依托4D打印研發(fā)新型干細(xì)胞載體并進(jìn)行創(chuàng)面修復(fù)的核心技術(shù)，旨在用新型干細(xì)胞載體幫助燒傷患者移植皮膚，解決皮膚灼傷、創(chuàng)面大面積受損這一問題。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)每年皮膚灼傷人群約有2600萬人，皮膚灼傷率為意外受傷的第4位，嚴(yán)重的灼傷會給傷者及其親屬帶來無可估量的身體、心理雙重傷害，將會產(chǎn)生長時(shí)間的社會、家庭負(fù)擔(dān)。

王子博表示，目前，常用的皮膚灼傷修復(fù)方式有兩種：“一種是植皮手術(shù)，用健康的皮膚移植，反復(fù)取皮、植皮，患者痛苦度高，也容易留下永久疤痕;還有一種是使用人工修復(fù)材料，現(xiàn)在主要依靠國外進(jìn)口，治療費(fèi)用高、修復(fù)周期長。”

要解決這一難題，就需要找到合適的修復(fù)材料。近年來，干細(xì)胞已成為全球再生修復(fù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，這為大家提供了新的思路。

隨著研究的不斷深入，青島大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)提出了采用4D打印技術(shù)研發(fā)新型干細(xì)胞載體的構(gòu)想，并為這個(gè)新型干細(xì)胞載體起名為“膚源奇”。相比3D技術(shù)，4D技術(shù)新增了時(shí)間維度，能夠隨著時(shí)間變化讓打印制品的形狀發(fā)生改變。

“這樣做，能夠讓干細(xì)胞隨著人體體溫的變化，從固態(tài)演變?yōu)槟z狀，增加細(xì)胞駐留性，可以幫助細(xì)胞留在創(chuàng)面上，不易脫落。”王子博作了一個(gè)形象的比喻，“膚源奇”就像創(chuàng)可貼一樣，能夠貼在灼傷處，無需縫合且費(fèi)用低廉，可顯著降低患者痛苦，縮短修復(fù)周期。

相比于皮膚損傷的傳統(tǒng)修復(fù)方法，4D打印干細(xì)胞載體項(xiàng)目無需手術(shù)，能夠減少患者的痛苦和醫(yī)護(hù)人員的工作量;載體材料來自于天然海洋提取物，在成本方面也有很大優(yōu)勢;治療效果和預(yù)后效果也更好。徐文華介紹，如今，該項(xiàng)目的臨床前期實(shí)驗(yàn)已經(jīng)完成，已授權(quán)8項(xiàng)國內(nèi)外發(fā)明專利，受通PCT專利10項(xiàng)，發(fā)表高水平SCI論文15篇，還與山東大學(xué)齊魯醫(yī)院、青島市中心醫(yī)院、河南省人民醫(yī)院等十余家醫(yī)療機(jī)構(gòu)達(dá)成了戰(zhàn)略合作。

“目前，一期應(yīng)用數(shù)據(jù)顯示，超85%患者應(yīng)用效果良好，部分患者因自身較為虛弱、免疫能力較差及創(chuàng)面損傷程度較重的因素，恢復(fù)周期較長?，F(xiàn)在，該項(xiàng)目正在進(jìn)行二期臨床試驗(yàn)。”徐文華自信地說，“據(jù)調(diào)研，我們是國內(nèi)首個(gè)利用4D生物打印技術(shù)制備干細(xì)胞載體并已獲授權(quán)發(fā)明專利的團(tuán)隊(duì)，在全國范圍內(nèi)處于領(lǐng)先地位。”

這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)成功的背后與面臨的困難

“這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)能夠榮獲金獎(jiǎng)并位列高教主賽道研究生創(chuàng)意組第一名，得益于青島大學(xué)構(gòu)建‘3+5’創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育生態(tài)體系。”青島大學(xué)團(tuán)委書記馬林剛表示，學(xué)校高度重視創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，把創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育作為推動(dòng)人才培養(yǎng)范式深刻變革的重要抓手，打造教育平臺、眾創(chuàng)空間平臺、孵化平臺“三大平臺”和課程體系、訓(xùn)練體系、孵化體系、導(dǎo)師+體系、基金項(xiàng)目體系“五大體系”，構(gòu)建“全過程、廣覆蓋、普受益、可持續(xù)”的綜合性研究型大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)生態(tài)，助力高素質(zhì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，構(gòu)建起了“課堂+實(shí)踐+競賽”三位一體的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)組織模式，每年立項(xiàng)大創(chuàng)項(xiàng)目1100項(xiàng)，在校生大創(chuàng)項(xiàng)目和學(xué)科競賽參與率超過50%，建立校院聯(lián)動(dòng)、部門協(xié)同雙創(chuàng)教育機(jī)制，營造氛圍，設(shè)立年度大創(chuàng)項(xiàng)目和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)415萬元，爭取社會資源，校友企業(yè)杰正集團(tuán)設(shè)立500萬元“杰正創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)獎(jiǎng)勵(lì)基金”。

相比于皮膚損傷的傳統(tǒng)修復(fù)方法，4D打印干細(xì)胞載體項(xiàng)目無需手術(shù)，能夠減少患者的痛苦和醫(yī)護(hù)人員的工作量;載體材料來自于天然海洋提取物，在成本方面也有很大優(yōu)勢;治療效果和預(yù)后效果也更好。徐文華說，這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)成果可應(yīng)用于治療皮膚灼傷、糖尿病腿糜爛、角膜堿燒傷以及醫(yī)美領(lǐng)域。

然而，這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)面臨著成果市場化轉(zhuǎn)化的困難。徐文華表示，國內(nèi)目前對干細(xì)胞產(chǎn)品的審核流程較為嚴(yán)格，他們需進(jìn)一步追蹤相關(guān)政策的變化，保證產(chǎn)品上市的審批流程能夠順利進(jìn)行;同時(shí)，他們團(tuán)隊(duì)需要做完臨床試驗(yàn)，進(jìn)一步完善臨床應(yīng)用數(shù)據(jù)，并獲得相應(yīng)的三類醫(yī)療器械備案證。

“考慮到這是一種全新的治療技術(shù)，需要進(jìn)一步在各大醫(yī)院普及應(yīng)用干細(xì)胞載體的操作方法，完善院內(nèi)應(yīng)用體系。”徐文華說。(科技日報(bào)記者 王健高 通訊員 孫竹媛)