12岁参军,45岁“跨行”,他让中国生物材料学科打个翻身仗

新材料小站 2023-07-27
2028 字丨阅读本文需 6 分钟

磷酸钙陶瓷是一种骨再生生物材料,基于这一体系材料,中国工程院院士张兴栋开发出了世界上第一个合成骨修复产品——骨诱导人工骨,并取证上市销售。作为国家生物材料中心的学术带头人和名誉主任,张兴栋聚焦于肌肉骨骼系统修复材料及植入器械的研究,是利用无生命生物材料修复组织和器官的先驱。

他从1983年开始研究生物活性陶瓷,是世界上第一个系统地证明无生命多孔磷酸钙陶瓷,不外加骨生长因子或活体细胞,可以诱导骨形成的学者。国际生物材料科学界评价他所发现并提出“骨诱导性生物材料—非生命的生物陶瓷会慢慢转变成人的新骨头”:这是划时代的医学材料发现。

人物名片:张兴栋,1960年毕业于四川大学固体物理专业,现任四川大学教授,2007年当选中国工程院院士,2014年当选美国国家工程院外籍院士,2015年当选美国医学与生物工程院Fellow,曾获美国生物材料学会克莱姆森奖、何梁何利基金科技进步奖等奖项,为Acta Biomaterialia国际奖的首位亚裔获奖学者,被国际生物材料界誉为“生物材料研究的世界引导者”。

作为川大培养的优秀人才之一,张兴栋院士始终奋战在科研一线,攻坚克难,让中国声音响彻世界生物材料界。

12岁参军,年过四旬跨行生物材料

1950年,年仅12岁的张兴栋参加了中国人民解放军,在文工团工作了半年。后来,他顺利进入高中就读,但在高 考时,因为数学发挥不佳而与北大擦肩而过,最终进入四川大学物理系。没错,张院士从大学开始,在通常意义上的“学术黄金期”的二十几年里,从事着物理学方向的研究。他在从固体物理专业毕业后就留校任教,历任四川大学物理系教研室副主任、四川大学分析测试中心主任。上世纪70年代他还组建并主持主持四川省超硬材料协作组,研发出立方氮化硼、高强度人造聚晶金刚石及其磨具、刀具,以及等离子喷涂超深井硬地层人造金刚石钻头,获1978年全国科学大会奖四项。进入80年代后,在一次与华西口腔医 院的合作中,正式从高压物理研究转向研究生物材料。

硕果累累

凭借异常丰富的物理学和晶体学背景,张院士的生物材料研究之路走得非常顺利。在90年代初,张院士及其团队就在生物活性人工骨(牙)及涂层植入人体研究中偶然发现,一块多孔的磷酸钙陶瓷埋入动物体肌肉和皮下后,居然变成了真骨头(也就是说,磷酸钙生物陶瓷植入体内后可逐渐转变成骨头组织,并慢慢降解消失)。为了证实这一发现,他在28只狗、60多只兔子和100多只老鼠的非骨部位同时植入“多孔陶瓷”,通过统计分析进行了进一步研究论证。基于这一发现,他在世界上第一个系统地证明无生命多孔磷酸钙陶瓷可以在不使用活细胞或骨生长因子的情况下诱导骨形成,并提出了潜在的机制以揭示如何使材料具有骨诱导性。

基于上述工作,张院士和他的团队还开发出了世界上第一种合成骨修复产品,其具有骨诱导作用,并获得了监管部门的商业化批准。由此他创立了三家公司,这些公司的产品经国家食品药品监督管理局批准,已用于治疗中国1000多家医 院的数十万患者。不仅如此,在这些工作的基础上,团队还研发了涂层牙种植体和人工髋关节等,获得了1998年国家科技进步二等奖。

从1983年开始研究生物材料至今,张兴栋一次次地改写历史。1991年,他发现并提出“骨诱导性生物材料”,把一种磷酸钙生物陶瓷的医用陶瓷植入体内,会慢慢转变成人的新骨头。国际生物材料科学界评价:这是划时代的医学材料发现。

曾有一位浙江小伙下巴因故短了一截,张兴栋利用“骨诱导技术”使他的下巴“长”了出来。

后来小伙子特意寄来一张全家福照片表示感谢:“张院士,谢谢您!我现在已结婚,家庭很幸福。”

2014年,张兴栋当选美国国家工程院外籍院士,2015年又当选国际生物材料科学与工程学会联合会主席。2018年6月,国际生物材料界的第二次定义共识会在成都举行。这次会议能在成都召开,离不开张兴栋多年来的不懈努力,是中国生物材料界在国际地位显著提高的标志性体现。张兴栋提出的“组织诱导性生物材料”经大会投票通过后作为新定义列入“生物材料定义”,这是由我国科学家首次提出的生物材料定义。

到了本世纪初,张院士团队发现材料亦可诱导软骨等形成,提出“组织诱导性生物材料”(Tissue Inducing Biomaterials),即无生命的生物材料通过自身优化设计,可诱导有生命的组织或器官再生,开拓了生物材料发展的新方向,获国家自然科学二等奖。研发的产品已获药监局产品注册证6项,授权国家发明专利38项。基于对“骨骼-肌肉系统的治疗和生物材料产品研发的贡献”,2014年当选美国国家工程院外籍院士;获美国生物材料学会克莱姆森奖、何梁何利基金科技进步奖、四川省科技杰出贡献奖、全国首届创新争先奖等。

改写生物材料定义

2019年,四川大学在Nature刊文专门介绍了张院士的一系列工作和成就,进一步说明张兴栋院士所做工作的开拓性和杰出性。此外,早在在2000年的时候,在第六次世界生物材料大会上,张兴栋就被组委会安排第一个发言,这在一定程度上也说明了张兴栋在国际领域受到的认可。

2018年,张兴栋作为主席和发起人还主持召开了国际生物材料定义共识会”,这距离上一次会议过去了32年。就在这次会议上,张兴栋提出的“组织诱导性生物材料”被作为新定义列入了“生物材料定义”,这也是由我国科学家首次提出的生物材料定义。可以说,张兴栋的成果改写了原有的“生物材料定义”,为将来生物材料领域的发展提供了科学依据,也是现代 生物材料发展的一个方向,标志着中国在生物材料领域的崛起。

文章来源: BioMed科技,四川大学本科招生,泸州范儿

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