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实验室荣获2017年度陕西高等学校科学技术奖一等奖1项

发布时间:2017-04-18

  2017年度陕西高等学校科学技术奖的评选工作已结束。目前授奖项目已公告,实验室贺健康教授,李涤尘教授,刘亚雄教授,卢秉恒院士,连芩副教授,王玲副教授荣获一等奖1项。

项目名称:3D打印的组织工程支架宏微结构仿生设计制造基础

项目完成人:贺健康教授,李涤尘教授,刘亚雄教授,卢秉恒院士,连芩副教授,王玲副教授

项目简介:

        本项目研究属于机械工程与生物医学交叉领域。

        生物活性组织与器官制造是制造学科与生物医学交叉的前沿研究领域,是先进制造技术从传统为工农业服务向为人类健康服务发展的引领方向。人体组织器官具有巨大市场需求,我国每年有200万器官移植需求患者,但只有不到1%能够获得器官供体得到治疗。生物组织的再生需要三维的组织工程支架,支架的结构与性能很大程度决定了组织和器官的再生和功能,认清这些微结构与其特定生物功能的依赖作用关系,并探索可降解支架宏微结构的仿生设计制造策略,是实现复杂组织与器官再生与工程化制造的前提和关键。本项目自2006年在国家863计划、国家自然科学基金等项目的支持下,采用3D打印技术探索生物活性组织仿生设计与制造的理论与方法。重点针对人体软组织(肝脏、乳腺)以及软硬组织固定界面(韧带/软骨/骨)的微血管结构、梯度结构的可控制造难题,从仿生设计理论、宏微结构增材制造方法、微观结构促进组织再生与临床试验三个层次开展了系统的研究工作,促进了复杂活性组织与器官制造从理论探索向临床实践发展。主要发现点有:

      (1)发现了典型软硬组织(肝脏、骨)内部促进血液高效流动传输的血管夹角共性分布规律(75-78o),提出了促进营养传递和多组织生长的仿生微流道结构和梯度结构支架的三维设计方法,为可降解支架的微观结构仿生提供理论基础;

      (2)提出了可降解软组织支架三维仿生微流道系统的三维压印/打印新策略,解决了多孔材料、细胞-水凝胶活性材料仿生微流道系统三维可控制造难题,验证了仿生微流道对促进维持细胞活性、血管化及功能表达的积极作用;

      (3)建立了多种梯度材料结构的制备方法,提出了采用梯度支架进行软硬组织界面修复与固定的新思路,实现了初步的韧带/骨、软骨/骨界面多组织再生和生物固定,为解决传统软硬组织“机械固定”存在的疲劳失效难题提供了新方法;

      (4)研制了3D打印的个性化可降解微流道柔性乳腺支架、气管外支架,完成临床试验研究6例,解决了传统医疗手段难以解决的软组织医疗修复难题。

        本项目相关成果在Advanced Functional Materials, Biomaterials, Small, Acta Biomaterialia, Biofabrication等期刊发表SCI论文49篇,SCI他引335次;20篇代表作SCI他引198次,单篇他引最高63次,2篇代表性论文于2012和2013年连续被国际Biofabrication期刊选为年度“亮点论文”,其中1篇被选为期刊封面、特色论文并入选期刊年度宣传册;发表在机械工程学报的宏微增材制造技术论文获2015年度机械工程学会优秀论文奖;学术成果得到了9位美国工程院、科学院及医学部院士、1位英国皇家科学院和加拿大皇家科学院院士、1位德国工程与科学院院士、1位中国工程院士、2位印度科学院院士、1位世界陶瓷科学院院士、5位期刊主编/副主编等国际著名学者的引用和积极评价,获到了中德合作科研项目和英国皇家工程院项目等国际项目资助;美国工程院创始人奖获得者、工程院院士、科学院医学部院士Nicholas Peppas教授评价:“贺等提出了仿生微血管网络的制造方法,构建了类肝微流道结构,实现高细胞活性”;美国工程院院士、美国科学院医学部院士、第三世界科学院院士Cato Laurencin教授评价:“贺等更加精确地模拟自然韧带的物理结构,展示了同时提供材料和结构刺激的可能性,具有构建复杂结缔组织的潜力”。获授权发明专利12项,研发的可降解气管外支架、乳腺支架实现了临床试验,国际小儿腔镜外科学会主席David Van der Zee教授、美国哈佛医学院儿童医院食管与气管中心主任RW. Jennings教授等对临床试验发表专题评论:“首次报道了3D打印气管外支架在二次气管软化成人患者的应用,展现了可行有效且安全的初期疗效”,被CCTV2、CCTV7、CCTV10、新华社、人民日报等专题报道,产生了良好的社会影响。

 

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