高长有，浙江大学绍兴研究院院长、浙江大学求是特聘教授、国家杰出青年基金获得者，教育部长江特聘教授，连续入选Elsevier材料领域高被引科学家，专注于组织修复与再生材料、自适应性生物材料、炎症微环境调控材料等领域研究。目前，高教授已带领研发团队获得发明专利近百项。

 

科研工作者的理想目标通常会追求两个“架”，一个是“书架”，一个是“货架”。

 

“书架”是指在知识上探索和拓展科学基础研究；“货架”是指将科研成果转化，实现产业应用。

 

高教授希望兼顾“书架”和“货架”，通过科研成果来为社会创造价值，在深入科研之余，团队也在以“国之所需，民之所向”为核心，开展生物医用原材料的产业转化及相关产品研发。近日，和义广业创新平台有幸采访到高教授。

 

 

#01

自适应性生物材料时代：

让材料拥有“自主思考”能力

 

回望历史，生物材料学研究发展经历了三个阶段，第一阶段为惰性生物材料，如用作骨钉、假牙的金属等；第二阶段为生物可吸收材料，如壳聚糖、聚乳酸等可降解医用高分子；第三阶段为功能化生物材料，该材料具有生物活性和可降解的特点，并通过诱导组织再生实现损伤组织的修复和功能重建。展望未来，生物材料学研究现正在迈入4.0时代：自适应性生物材料。

 

以往的研究更强调再生材料从结构到功能的仿生，如制备结构性能更接近天然的人工支架，从而更好地促进组织修复和再生。

 

然而，在“仿生”指导思想下，仅能制备出特定组成、结构和功能的材料，无法适应组织或器官修复动态变化过程的需要。例如，转化生长因子-ß1表达水平的升高有利于软骨修复，而在皮肤修复中却会导致非正常修复和瘢痕化¹。

 

高教授认为，以人体组织微环境动态特征为启示，构筑具有自适应调控特征的生物材料，对发展高性能组织再生材料具有重要意义。

 

材料的性能不是静态固定的，而是根据生理环境不同阶段的需求进行动态变化。赋予材料体系关键启动信号（如生长因子、细胞因子等），通过与机体再生微环境的协同作用，获得原位激活或沉默组织再生修复关键生物信号的性能，从而有效调控细胞生长、迁移及分化等行为，最终可形成与原组织类似的结构和功能¹。

 

自适应性材料就像是拥有自助思考和行动的能力，可以“感知”生物体内的需求并及时做出不同反应。

团队研究自适应性材料近十余年，不仅出版了相关专著，同时也在积极开展多项疾病模型研究，探索如何将成果“搬上货架”。

 

#02

把成果搬上货架

在高教授看来，并非所有研究都适合进行成果转化。

 

科学研究的底层逻辑是进行原理概念验证，并进一步根据新材料、新功能、新应用展开深入研究；而成果转化则是以需求为导向的，即围绕解决具体问题展开。

 

在进行了大量的市场和临床调研后，高教授团队将研究重点放在了抗炎材料和抗菌材料上。

 

• “按需治疗”的抗炎材料

 

心肌梗死后心肌细胞大量死亡，产生炎症反应以及形成纤维瘢痕，最终导致出现不可逆性心力衰竭。尽管通过生长因子、药物等手段延缓疾病的进展，但治疗效果有限。

 

基于自适应性材料的原理思路，高教授团队合成了新型心肌补片²治疗心肌梗死，延缓心力衰竭进程。

 

与对照组相比，在进行自适应性生物材料体系干预后，心肌细胞凋亡得到了明显的抑制。

 

进一步的，团队在材料中复合治疗因子，利用“接触引导效应”调控细胞的迁移及分化，共同促进组织修复再生，抵抗炎症，增强心肌细胞再生效率。

 

自适应生物材料体系在组织微环境中发挥治疗效果的同时反过来抑制“剌激信号”的表达，真正实现了自我调节“按需治疗”。

 

• 可以“吃”的抗菌剂

 

细菌、霉菌和病毒感染是生活和临床中常见问题，严重影响人类健康甚至生命。

 

近年来，各种各样的抗菌功能性材料得到了广泛的研究，但是良好的生物相容性和抗菌效率一直是限制抗菌功能性材料临床转化的重要因素³。

 

在抗菌材料中，ε-聚赖氨酸具有优异的广谱抗菌性，ɑ-型的聚赖氨酸常用于增强细胞粘附⁴。

 

超支化聚赖氨酸同时具有以上两种结构单元，是一种安全无毒的新型广谱抗菌材料，但是由于合成路线复杂，其抗菌性能和生物相容性无法保证，且制备价格昂贵。

 

高教授团队攻克了材料合成工艺难题，开创了一种超支化聚赖氨酸的简便高效合成技术，再通过表面固定或者负载到本体材料，提高产品的抗菌性能。

 

目前，该材料可以实现批量生产，成本大幅降低，图左为高纯度医用级聚赖氨酸粉末。

 

同时，高教授团队也在探索将材料应用在医疗器械、医疗美容、食品防腐等行业，已上市了第一款“可以吃”的皮肤黏膜抗菌剂（见图右），经检测对多种致病菌和病毒（如冠状病毒、甲流病毒、支原体，是导致肺炎的主要致病微生物）有杀灭效果，且多次接触黏膜零刺激，可以适用于皮肤、口腔、鼻腔、耳道等多部位。

 

特别的，团队在牙种植体的研发上取得了不俗的进展。

 

钛及其合金由于优异的力学性能和抗逆性，良好的生物相容性，在植入器械领域有着广泛的应用。然而，纯钛植入体不具备抗菌性能且生物活性不足，容易造成感染和松动，导致种植失败。

 

高教授团队将超支化聚赖氨酸修饰钛表面，使种植体同时具备抗菌和促成骨的双重功能⁴。

 

在体外实验中，表面修饰的材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都有非常好的抗菌效果。同时材料还能促进小鼠前成骨细胞MC3T3-E1的粘附、铺展、增殖和分化等一系列行为。

 

此外，材料生物安全性能极好，大鼠血清中肝肾功能相关指标未见异常⁵。高教授形容道，这是一种毒性非常低甚至可以“吃”的抗菌剂。

 

#03

践行“三位一体”的教育理念

打造成果转化的浙大模式

 

高校是教育、科技、人才“三位一体”的集中交汇点，浙江大学一直在探索如何将三者融合协同发展，并逐渐形成了成果高效高产的 “浙大模式”。

 

浙江大学与绍兴市人民政府共同组建浙江大学绍兴研究院以培养高层次人才，并聚焦前沿技术开展研发创新，孵化高科技产业项目⁶；与杭州高新区（滨江）合作，集结政府支持、产学研结合与市场化运作，共同成立新型研发机构，浙江大学滨江研究院⁷。

 

高教授形容这两个平台是联系紧密的“上下游”关系，并在采访中介绍了团队的成果转化模式。

 

首先，依托高校资源培养学生理清材料、化学、生物和医学间的相互关系，掌握生物材料研发的底层逻辑，以便更好的开展前端研发。

 

其次，借助研究院的资源和经验，进行产品设计和工程放大。

 

最后反过来，再根据生物学评价实验结果，进行产品的研究与改进。

 

团队打通了生物材料产业转化的关键点，从化学材料加工、细胞生物学、动物实验等机理研究入手，在分析产品发挥作用的过程中不断迭代升级产品。

 

图 高教授介绍在研产品

不过高教授也坦言，高校在进行成果转化中仍存在一些能力弱点和转化难点。

 

成果转化要看这项技术能不能真正解决问题。企业身处市场环境中，能根据需求有计划地生产产品。而科学研究往往是理论上的，这种理想化模型跟真正解决市场中的某个实际问题是有区别的。

 

最后，高教授表示欢迎更多懂市场、懂营销的人才加入到团队中，共同推动优秀成果从“实验室”走进“应用场”。

 

参考文献：

[1]高长有等著. 自适应性生物材料[M]. 北京：科学出版社, 2021

[2] 高长有，多功能弹性体心肌补片抑制心肌梗死后的左心室重构，Biomaterials，https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2022.12138

[3]任磊等，从基础原理到先进应用策略，Advanced Science， 2021-08-05 ,，DOI: 10.1002/advs.202100368

[4] 高长有教授/杨国利，表面接枝超支化聚赖氨酸的钛种植体实现抗感染、促骨结合双功能，Biomaterials，原文链接：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.120534

[5] 组织修复与再生医用高分子材料课题组，浙江大学高长有教授/杨国利团队《Biomaterials》:超支化聚赖氨酸修饰钛表面同时实现抗菌促成骨，http://tac.polymer.zju.edu.cn/biomaterials/Chinese/news/2020/1121/758.html

[6] 浙江大学绍兴研究院官网，http://shaoxing.zju.edu.cn/index.php?m=content&c=index&a=lists&catid=19

[7]【身临企境】创享名企行第十期：走进浙江大学滨江研究院，http://mba.zju.edu.cn/show-126-18572.html

作者丨望   月

审核丨李   芳

排版丨大大怪