以微纳米技术为基 探究骨再生奥秘

　　清丽脱俗的气质，平易近人的神态，很难让人将她与枯燥乏味的仿生纳米材料制备与硬组织生物再生等高科技研究联系在一起；简单干练的语言，执着坚定的目光，却显示出了她寄情于仿生科技的决心以及在自己的领域为人类健康做出贡献的向往；自由灵动的授课方式，紧密融合的时代步伐，更让我们看到了她让科技创新与教书育人齐头并进、各具特色的能力。她就是北京大学口腔医学院研究员刘燕。

　　前沿科技，引领健康理念

　　作为当前国际生物技术领域的前沿和热点技术，纳米生物技术已经发展成为融合物理学、化学、量子学、材料学、电子学、生物学、医学等众多领域的综合性交叉学科，尤其是在医药卫生领域显现出了广泛的应用前景和明确的产业化前景，很多国家甚至已经将纳米生物技术作为21世纪的科研优先项目予以重点发展。一直主要致力于仿生纳米材料制备与硬组织生物再生研究的刘燕，凭借着非凡的科研能力，已经在这一领域取得了突出成果。刘燕是2009—2010年美国佐治亚医学院牙学院联合培养博士，2011年毕业于华中科技大学同济医学院获得博士学位。目前任北京大学口腔医院研究员、博士生导师，入选了第四批国家“万人计划”青年拔尖人才、科技部中青年科技创新领军人才、北京市科技新星等。在科研方面，至今已经发表SCI论文60篇，其中第一/通信作者31篇，主持国家及省部级项目10项，获国际国内学术奖励24项。尤其是她领衔的仿生矿化课题组，近年来首次成功组装了具多级结构的骨仿生替代材料——具拓扑结构的纤维内矿化胶原，实现了颌骨大面积缺损的有效再生，为骨仿生材料的临床应用提供实验依据，在国际上引起广泛关注。

　　从该课题的科研背景来看，在我国，由牙周病、肿瘤、外伤等造成的颅面骨缺损的发生率长期居高不下，给患者的生活质量、心理健康带来一系列负面影响。如何高效实现颌面骨再生，提高患者的生活质量成为当前整个口腔研究领域急需突破的技术瓶颈。刘燕和课题组在研究中发现，合成生物相容性优越、成骨性能良好、降解速度适宜的骨样结构的材料是实现骨再生与修复的关键。然而，传统的骨组织工程支架材料仅仅是对天然骨化学组成的简单模仿，并未再现天然骨组织的多级结构。因此，课题组决定从微纳米水平入手，对天然骨组织的各级结构及胚胎发育进行仿生合成模拟，从而获得具有良好生物相容性及生物活性的骨替代材料，以便为宿主细胞提供类似天然的微环境，诱导内源性骨再生。

　　基于此，刘燕带领课题组通过理论计算与热动力学控制，使用改良的“bottom up”仿生矿化法实现三维骨样微纳结构支架的合成，这种支架材料，能够更好地促进干细胞的粘附、增殖与矿化，且与天然骨具有类似的应力分散能力及降解速率。体内研究表明在此材料引导下生成的新骨量更高，分布广泛，纳米结构更成熟，尤其是新生骨胶原与天然骨胶原的排列及机械性能一致，能调节免疫微环境并促进宿主细胞的招募，实现了内源性骨再生。

　　目前，该研究成果已经发表在国际顶尖学术期刊如Advanced Materials、Advanced Functional Materials、ACS Nano 等，简化了传统组织工程三大要素，仅需单一支架材料或干细胞来源即可获得与自体移植骨类似的骨再生效率，且将骨再生效率提高到传统支架材料的3倍，并突破了骨缺损中心血管化技术瓶颈，实现了功能骨的再生。该研究成果受到权威期刊（如《自然材料》）的高度评价，认为是生物矿化和组织工程的最好的例子之一，并被知名科技媒体（Advanced Science News、Materials Views 等）广泛报道，首次合成细胞矿化微球是一种有效的骨组织工程再生疗法。

　　如今，刘燕正带领课题组通过改进材料的理化及生物功能，进而适应感染性骨缺损、牙周复合组织缺损等不同临床类型组织缺损修复，并希望尽早将这种仿生材料应用于临床，解决目前植入材料进口依赖，价格昂贵等问题，帮助更多患者摆脱痛苦。

　　教研相长，打造顺应时代新人才

　　近期，刘燕入选了2019年国家“万人计划”青年拔尖人才，作为国家层面实施的重大人才工程，国家“万人计划”始终坚持重点遴选自然科学、工程技术和哲学社会科学领域的杰出人才、领军人才和青年拔尖人才，给予特殊支持。而能够入选这一计划，足以证明刘燕的科研创新能力。

　　其实早在刘燕攻读美国Georgia Health Sciences University联合培养博士期间，便已在导师Franklin R. Tay教授和毛靖教授的指导下，在国际上首次合成了具拓扑结构的单纤维矿化胶原，并以第一作者身份在Advanced Materials、Biomaterials 等国际权威杂志上发表了8篇文章。此后在北京大学口腔医院进行博士后深造期间，在周彦恒教授的指导下，致力于口腔硬组织的生物矿化机理及生物再生的研究，在基础理论和应用技术方面，均取得了重大突破。先后揭示胚胎骨矿化机理，提出聚羧酸及磷酸盐双靶向调控的仿生矿化新方法，实现传统方法难以合成的矿化胶原纳米结构并阐明其热动力学机理；将牙本质矿化率由传统的56.4%提升至93.8%；将骨再生率提高至传统植骨材料的3倍且可媲美自体移植骨，并揭示了内源性骨再生的免疫机制。

　　对于这些成果的获得，刘燕深知除了自身的努力，很大一部分来自于多位老师的悉心教导。如今已经成为一位博士生导师的她，总能将自己的学生放在第一位，指导博/硕研究生10余名，其中，3名研究生以第一作者身份在影响因子10分以上期刊发表学术论文。这些学生还获得了“北京大学优秀博士学位论文”“北京大学优秀毕业生”“北京大学优秀科研奖”等荣誉，并多次获得“国家奖学金”，她觉得这是对自己教学最大的认可。在教学过程中，她总能以一名海归教师的国际视野、卓越理念，用一种自由而不失严谨的教学风格，将自己多年积累的严谨治学、砥砺勤勉的科研态度与国内传统高校教育相互融合，毫无保留地教授给学生，让他们能够紧跟科技时代步伐，形成自己独特的学习和发展理念。

　　刘燕说：“只要是有价值、有意义的研究方向，哪怕当时看起来是不可能完成的事，我也会鼓励学生去尝试。”当确定研究方向后，她也不会要求学生按照常规的研究方法，从而避免将学生固定在一个框架内，而是激发学生的发散思维，为研究寻求突破口。当然，这一系列操作都是在正确研究思路的基础上进行的。更令人钦佩的是，即使学生在研究上出现错误，她也不会轻易否定，而是在鼓励与支持的基础上，循序渐进地为学生找到问题源头，再进行突破。

　　刘燕还鼓励学生积极参加校内外的科技活动，在2019年北京大学口腔医学院首届“学生科研周”——“科研领航”学术沙龙上，她作为分享嘉宾之一，以“积跬步，至千里，感受科研之美”为题，通过分享自己上下求索的科研经历，使同学们了解到了科研中的苦与乐，同时强调了坚持不懈的探索精神，让学生受益匪浅。

　　在这样的努力下，刘燕团队的几十位成员都已经找到了自己所擅长的研究方向。而她知道在教学上的任务还远远未完，因此，只要学生有需要，她总能第一时间出现，帮助学生解除疑惑。在学生眼中，如同一位知心姐姐，共同学习，共同进步。

　　从黎明出发，我们会迎接灿烂的朝霞；从孕育开始，我们将迈向沉甸甸的秋实。一路耕耘，一路收获，成功的谜底是奋拓者身后闪光的足迹。当我们惊羡于刘燕这朵花春华秋实悄然绽放的时候，不要忘记她背后的付出和汗水。近十年来，她始终坚持科研、教学齐头并进，并不遗余力，用自己的一片冰心为健康事业增光添彩。

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