郭金山教授:做生物材料和医学应用的“胶黏剂”

2022-01-06 08:10

生物医用胶黏剂能代替手术缝合线用于伤口愈合,提供更好的液/气密封,可广泛用于表皮、内脏、心血管、骨和牙齿伤口或缺损的黏合/修复,是真正的“万金油”产品,但现有的医用胶黏剂普遍对生物组织黏附力弱。此外,除了手术伤口黏合市场,慢性伤口修复以及医疗美容和微整形则是胶黏剂更大的潜在市场。因此必须提高胶黏剂对生物组织的黏附强度并赋予其抗菌、促再生、祛疤、抗皱等功能才能将其更好地应用在上述领域。这是南方医科大学教授郭金山多年来的研究课题之一。


郭金山通过开发新型生物医用材料并将其用于软/硬组织再生修复,将相关成果积极转化为医疗产品,减轻患者痛苦,带来更好的治疗。这些工作就像“胶黏剂”一样,将生物材料与医学应用结合起来,既有研究深度又有应用价值。



追梦,收获


时间回到15年前,22岁的郭金山决定放弃山东大学的保研名额,报考中国科学院的研究生。他对生物降解高分子材料非常感兴趣,而中国科学院长春应用化学研究所的陈学思老师是该领域首屈一指的科学家。2005年,郭金山如愿考取了陈学思老师的研究生。

“我共有3位博士指导老师,陈学思老师、黄宇彬老师和景遐斌老师。”郭金山回忆:陈老师学识渊博、平易近人、思路开阔;景老师德高望重、治学严谨;而黄老师则给他提供了开放宽松的研究环境,包容他在实验上的失败和挫折,并给予认真指导。郭金山跟随3位导师,不但掌握了一个高水平博士应具备的专业知识和技能,还从3位导师的言传身教中学会了做人做事的道理,这些教导深刻影响着郭金山。经过五年半的不懈努力,郭金山顺利博士毕业并经陈老师推荐赴美留学,加入宾夕法尼亚州立大学著名生物材料专家杨健老师课题组深造,继续从事生物医用高分子材料研究。

在杨健老师课题组做研究的过程中,郭金山通过“点击化学”策略开发了高强度柠檬酸基生物弹性体,同时提高了材料的生物活性。该成果被作为封面文章发表在材料领域顶级期刊Advanced Materials上,受到同行广泛认可。以此为基础申请的1项PCT国际专利也被授权给美国新泽西州一家医疗器械公司Acuictive Technologies,郭金山因此获得宾夕法尼亚州立大学2015年度创新奖。后续以此为基础开发的柠檬酸基界面骨螺钉产品于2020年10月获得美国FDA批准,成为继聚乳酸之后少数几种获得临床应用批准的可降解聚合物骨科材料。该材料植入骨缺损部位后,不仅能降解吸收释放柠檬酸,还能抗炎抗菌,促进干细胞成骨分化和矿化,加速骨再生,为广大患者带来福音。

除了骨科材料,郭金山的另一项重要研究是生物医用胶黏剂。意外创伤或手术伤口通常需要缝合,但患者需承受额外疼痛,非降解缝合线还需拆线。同时缝合难以完全封闭伤口,空气、体液的渗漏和外源感染同样不利于伤口愈合。而医用胶黏剂可以“黏合”并“封闭”伤口,促进伤口愈合,且能减轻疤痕形成。郭金山先后开发了贻贝、单宁和常春藤仿生胶黏剂,提高了胶黏剂对生物组织的湿态黏附强度,并引入了抗菌等生物活性,取得了较好的组织再生修复结果。他还开发了用于粉碎性骨折黏合修复的骨胶黏剂,以及柠檬酸基单宁桥连的有机/无机复合骨科材料。以上研究成果,郭金山以第一或通讯作者相继在著名期刊Advanced Functional MaterialsBiomaterials等杂志上发表9篇文章,被媒体多次引用和正面报道。相关技术申请了2项PCT专利和1项美国专利,并被授权给Aleo BME公司。

在美国近8年,郭金山真正做到了基础研究与应用转化相结合,取得了重要成果。2019年,郭金山选择全职回国,以第三层次人才入职南方医科大学基础医学院。“中国的生物材料论文发表量占全世界的70%,但相关产业只占全球的3%,80%的医疗器械依赖进口,尤其是高端的医疗器械,老百姓很难用到好的医疗器械。”郭金山看到了国家对医疗器械的巨大需求,他想为医疗器械国产化,为人民的健康事业,做一点自己的贡献。



回国,前行


“现在相关研究两个主要的探索方向是生物医用胶黏剂与皮肤创伤修复以及生物活性骨科材料研究,我们需要开发和美国不同的,属于中国的原创专利技术。”

经过调研,郭金山了解到,用于慢性伤口愈,特别是糖尿病足伤口愈合的胶黏剂研究很少,“中国糖尿病人超过一亿,他们终生有15%的风险发展成糖尿病足溃疡,伤口很难自我修复”。无法自愈的伤口一直饱受细菌感染风险,严重时可导致截肢,对病人造成巨大的生理和心理负担,而郭金山研究的医用胶黏剂表现出了优异的抗细菌和真菌活性。“现在我们开发了一种单组分温敏胶黏剂,在室温条件下,胶黏剂是液态的,但接触到皮肤,30℃以上时就能变成固体,使用非常方便。”该技术若能开发出相关医疗产品,将得到广泛应用。

郭金山所在的南方医科大学有13所直属附属医院,是很好的医工结合平台。他与南方医科大学第三附属医院暨广东省骨科研究院在骨科材料研究方面有很好的合作。郭金山正将医用胶黏剂用在更广的领域内,如牙周炎的治疗和腱骨愈合。他还与南方医院整形美容外科胡志奇主任合作,进行医疗美容相关研究。因为用手术缝合线很容易留下疤痕,但是用胶黏剂,疤痕相对较少。如能进一步开发出有祛疤功能的胶黏剂,在医美行业的应用就有更好的市场前景。“既然有这么好的平台,就更需要我们针对医生的临床问题,提出解决方案,用材料帮助他们更好地解决。”



创新,在路上


郭金山说,无论是国内的导师陈学思院士,还是海外的博士后合作导师杨健老师,他们都十年如一日地坚持和专注于一件事情。陈院士从1999年开始就做聚乳酸产业化,至今已21年,取得了丰硕的转化成果。杨老师坚持做了17年,终于拿到了柠檬酸基界面骨螺钉的美国FDA产品批号。郭金山把他们视为自己科研道路上的榜样和骄傲,未来他想让中国拥有更多自己生物材料的专利技术。

在郭金山看来,技术的创新有三个层次。一是在材料的创新,二是材料合成方法的创新,三是在应用方向上的创新。“材料的设计从最开始就要有自己的特点,不与别人雷同,才能产生更多原创专利技术。”

郭金山认为,人的精力是有限的,要集中耕耘一个领域,才能有所收获。正如作家格拉德威尔在《异类》中提出的:“人们眼中的天才之所以卓越非凡,并非天资超人一等,而是付出了持续不断的努力。1万小时的锤炼是任何人从平凡变成世界级大师的必要条件。”他将此称为“一万小时定律”。1万个小时的有效工作时间或10年的积累,才能在某个领域成为专家。

除了时间的积累,在创新过程中总会有很多次的失败,特别是在以高分子合成为基础开发新材料的生物医疗领域。“化学的英文是chemistry,拆开来就是chem is try,所以化学就要尝试,尝试就有失败,虽然有时失败的概率远超成功的概率。”即便如此,郭金山依然会为了他的理想坚持、坚持、再坚持,正如爱迪生所说,失败也是必须的,它和成功一样有价值。


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