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【学科前瞻三十年】

雷波:生物医用材料 从内在学科交叉研究走向医学应用

来源:交大新闻网 日期 2019-05-21 16:31 点击:

生物医用材料是一类用于诊断、治疗、修复或替换人体组织、器官或增进其功能的高技术材料,生物医用材料学科的发展综合了化学、物理、材料学、生物学、工程学、临床医学等多个学科,具有典型的多学科交叉特点,同时也是生物技术和生物医学工程的重要基础。随着经济的发展、技术的更新,以及人类对自身健康关注度的提高,生物医用材料进入高速发展阶段,生物医用材料产业也已经成为国民经济最为活跃的产业之一。

(一)生物医用材料学科特点

采用物理、化学或生物的手段合成新材料,表征其物理化学结构和性能,利用细胞生物学和分子生物学技术探讨其生物医学性质,并采用动物模型研究检测材料的医学应用效果,为临床试验提供候选的高性能医疗产品,是生物医用材料学科的特点。因而该学科具有典型的物理、化学、材料、生物、工程、医学等多学科交叉的特点。生物医用材料具有药物不能替代的特性,其作用不必通过药理学、免疫学或代谢手段实现,但可以对药物进行辅助,实现协同治疗的作用,如药物递送系统;同时可以制成植入性医疗器械实现其生物医学功能,如心血管支架、心脏起搏器、人工关节等;作为可降解生物活性材料,促进组织缺损修复和再生等。生物医用材料按性质可以分为医用金属、医用高分子、生物陶瓷、医用复合材料及生物衍生材料等,在人体硬组织修复与替代,软组织修复与替代,血液分离与透析,药物递送与控释,疾病诊断与治疗等领域已经开始了广泛应用。作为研究人工器官和医疗器械的基础,生物医用材料是当代科学技术中涉及学科最广的研究领域,已经成为现代医疗领域(生物技术和生物医学工程)的重要支撑。生物医用材料学科涉及到西安交通大学多个学院和学科,如前沿院、材料学院、生命学院的生物医用材料设计、合成、生物学效应研究,机械学院的生物制造研究,基础医学院以及附属医院的动物实验、临床试验研究等,具有显著的内在学科交叉特点。

(二)生物医用材料学科及产业发展面临挑战

目前生物医用材料产业正在以年均近20%的速度增长,全球市场规模预计在2020年可达6000亿美元。随着目前社会老龄化,心血管、脑血管、癌症、艾滋病等重大疾病的出现,对生物医用材料的研究提出更高的要求,传统的生物医用材料及器械暴露出的问题越来越多,如植入性医疗器械寿命短、功能退化、生物相容性差等;可降解生物材料出现降解不可控、生物活性差、功能单一等问题;生物医用材料产品不具备治疗疾病的作用,仅起到组织修复与替代的功能,因而对于患有疾病的患者有效性欠佳,例如骨质疏松患者和骨坏死患者的骨修复,恶性肿瘤手术后的组织修复与防止复发等。具体到我国的生物医用材料产业发展仍面临重要挑战:1)生物医用材料制品以仿制为主,缺乏自主创新产品;2)国产生物医用材料产品以低端产品为主,大部分高端产品依赖进口;3)生物医用材料原材料生长企业少,原材料依赖进口;4)产学研结合不够紧密,基础研究与临床研究脱节,研究成果转化率低。

(三)生物医用材料学科发展方向

结合目前我国生物医用材料学科及产业遇到的主要挑战,笔者对于生物医用材料学科的发展提出个人的建议供同行探讨:

1)加强与临床相关学科交流和融合。生物医用材料学科的发展应该面向国家医学临床重大疾病的需求,应针对于癌症、心血管疾病、大脑疾病、重大传染性疾病等重大疾病诊断及治疗中遇到的技术瓶颈和关键科学问题,开展针对性的生物医用材料研究。

2)加强与制造科学学科交叉融合。生物医用材料学科中个性化医疗的发展离不开机械制造科学的发展,针对病人的个体需求开展的个性化定制和生物制造也离不开对高性能生物医用材料的需求,二者应相互促进,相互融合,增强临床应用价值。

3)加强与生物材料研发企业交流合作。我国生物医用材料的基础研究已经走向世界前列,高水平研究论文不断涌现,然而生物材料产品转化率非常缓慢,加强基础研究与研发企业的常态化交流与合作,可以显著促进生物医用材料产业的良性发展。

4)高活性疾病治疗功能性生物医用材料设计与应用研究。随着社会老龄化程度的提高,大部分使用生物医用材料的病人可能患有心脑血管、神经性退变、癌症、糖尿病等老年性疾病,因而,未来生物医用材料的设计不仅要考虑到其组织修复和替代的功能,而且还要具有疾病诊断和治疗的功能,真正满足病人个性化的诊、疗、功能重建一体化需求。

雷波,前沿科学技术研究院再生医学中心研究员、博士生导师,生物活性材料与再生医学课题组学术带头人。入选陕西省高校青年杰出人才计划、西安交通大学青年拔尖人才支持计划。研究方向:新型生物活性材料设计与再生医学调控研究,兼任中国生物医学工程学会生物材料分会委员,中国生物材料学会生物活性陶瓷分会委员,国家自然科学基金评审专家等。2013年加入西安交通大学以来,以西安交通大学为通讯作者单位发表SCI论文50篇,其中影响因子大于10的高水平论文5篇,生物材料领域高水平论文6篇,ESI高被引论文2篇,谷歌学术引用1500余次,H因子24。主持及参与各类国家自然科学基金、省部级科研项目6项。

邮箱:rayboo@xjtu.edu.cn

编辑:朱萍萍

 
 
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