华中科技大学《Science Advance》：兼具组织支架和类“生长因子”角色的“超级”生物材料

100年来，生物医用材料一直被分为生物惰性材料、生物活性材料和可降解吸收材料等来进行研究和归类。特别是后者（可降解吸收材料），是组织工程和再生医学的关键物质基础，它的出现使得大体积缺失组织器官修复再生成为了可能。通常，实现组织工程三大要素包括：组织支架（Scaffold）、种子细胞和生长因子。Bioenergetic-active materials（生物能量活性材料）是华中科技大学团队在国际上原创提出的新概念生物材料，其区别于现有生物活性和可降解材料的显著优势在于：所构建的生物能量活性材料在组织工程和重建过程中，其降解分子碎片可直接参与线粒体内三羧酸循环，原位提高细胞能量代谢水平，从而显著促进缺损组织重建和再生；而常用可降解生物材料，例如美国FDA批准的PLA、PLGA、PCL等，作为支架材料其降解产物则无法参与三羧酸循环。典型的体内组织修复重建试验表明，同等条件下，新材料可诱导提高一倍的新生骨量。因此，课题组提出的生物能量活性材料在组织重建中同时起到了组织支架和类似“生长因子”的双重作用，具备了可降解吸收材料和细胞/基因活性材料的功能，展现了某种超级生物材料的特性，故在重大疾病和灾害事故导致的大体积缺失组织器官的修复再生和快速重建领域具有重要应用前景。

3月27日，Science旗下著名期刊Science Advances《科学进展》以封面亮点报道了华中科技大学生命学院张胜民教授团队的原创发现：Bioenergetic-active materials enhance tissue regeneration by modulating cellular metabolic state，即生物能量活性材料通过调控细胞代谢状态促进组织再生。封面报道强调，该项发现展示了生物材料科学与再生医学新的地平线。

图1：《Science Advances》2020年3月封面报道张胜民教授团队首创生物能量活性材料，展示了生物材料科学与再生医学新的地平线.

图2：生物能量活性材料在组织修复和重建过程中，其降解分子碎片可直接参与线粒体内三羧酸循环，原位提高细胞能量代谢水平，从而显著促进组织构建和再生.

为实现将论文写在祖国大地上，张胜民教授团队早在相继取得中国和美国发明专利授权后，先发开始了该项目的产业转化工作。目前团队已与相关国家高新技术企业合作，率先开发出了第一代和第二代产品样品，将陆续启动在中国、欧盟和美国的植入医疗器械产品认证。这一重要进展表明，我国在该领域的研发要领先世界跨国公司5年以上。这一个案也是中国生物材料前瞻性创新研究和产业转化从跟跑、到并跑、再到超越的一个缩影。

在取得完全自主知识产权和完成大部分研究工作后，张胜民教授团队刘浩明博士受邀来到英国皇家工程院院士、帝国理工 Molly Stevens教授实验室开展了合作研究，完成了该新概念材料在体外诱导成骨的3D拉曼成像表征等工作。

该论文的第一作者为刘浩明博士、杜莹莹博士，张胜民教授为通讯作者，华中科技大学为第一作者单位，英国皇家工程院院士、帝国理工学院Molly Stevens教授为共同通讯作者，王江林教授、杨高洁博士、Jean-Philippe St-Pierre、Mads S. Bergholt、Hélène Autefage、蔡明乐等参与研究。

研究工作得到国家自然科学基金项目、国家重点研发计划项目、华中科技大学“生物材料与再生医学”交叉学科重点创新团队项目等资助。

论文链接：

https://advances.sciencemag.org/content/6/13/eaay7608

来源：华中科技大学