来源:西湖大学微信公号 发布时间:2023/8/14 15:01:56
选择字号:
“柠檬酸”教授杨健全职加入西湖大学

 

 

今年的7月6日,地球的平均气温达到了17.23℃(来源:美国缅因大学气候研究所制作的网站Climate Reanalyzer),据说是地球上12.5万年以来“最热的一天”。

蝉声大作、暑热难忍时,来一杯冰爽的柠檬茶,是抚平燥热最快的办法之一。但,你能想象这种广泛存在于柑橘类水果中、被用在食品中的“柠檬酸”,有朝一日会成为修复生命的利器吗?

国际知名生物材料专家杨健,将这种平平无奇的食品添加剂“化腐朽为神奇”。

近日,杨健辞去美国宾州州立大学讲席教授的职位,全职加入西湖大学,任生物材料及再生工程讲席教授、校长助理。

而要走近杨健,必须从“柠檬酸”开始讲起。

01 柠檬酸的“外挂”之路

寻常的白色结晶粉末,分子式写作C6H8O7,这是有机酸柠檬酸在现实世界和化学世界里的面孔。

天然的柠檬酸广泛存在于诸如柠檬、柑橘、菠萝等水果里,或是动物的骨骼、肌肉和血液之中。同时,也可以使用砂糖、糖蜜、淀粉等含糖物质发酵合成人工的柠檬酸。比如我们熟悉的雪碧汽水里并没有柠檬原料,却带有酸甜可口的柠檬味,就是柠檬酸的功劳。

因为柠檬酸本身存在于人体中,是人体代谢的中间产物,它无与伦比的一个优点就是能够与人体“和谐共存”——“把它放到人体体内,基本上不会产生慢性炎症,而一般人工合成的高分子产品都会引起人体组织的排异反应。”杨健说。

那么,当我们从体外“输入”柠檬酸(即外源柠檬酸)时,又会发生什么情况?它会和人体内自带的柠檬酸一样影响细胞的行为,进而参与生命活动的进程吗?

2003年初,杨健去美国进行博士后研究,开始尝试用柠檬酸来开发可降解生物材料,不曾想就是那一年提出的“好奇之问”和“无心插柳”,开辟出一个全新的领域。

“细胞都需要代谢,但不同细胞对代谢、能量的要求,在不同时间点上,都是不一样的。细胞‘吃’进后,柠檬酸可以调控细胞里的代谢,调控能量的获取。因此,通过调控柠檬酸的摄入,我们就能影响细胞的这些行为,从而进一步在更深层面上调控干细胞分化及免疫反应,促进骨骼再生、血管再生、神经增生……”杨健解释说。

柠檬酸的“外挂”之路就此开启。杨健成为这一领域的开创者和引领者,创建了柠檬酸生物材料开发方法论,开发了一系列多功能柠檬酸生物材料,并将诸多发现付诸于应用,包括人体组织的再生与修复、生物影像、生物传感器、汗液检测、疾病诊断、癌症药物的控制释放、癌症药物输送的检测、防伪加密等等。

2020年,美国食品药品管理局(FDA)批准了两款以一种名为POC的柠檬酸可降解材料制备的骨科植入器械,紧接着2021年FDA批准了第三款基于POC的骨科植入器械。POC是世界上第一个也是目前唯一一个获得美国FDA授权可在人体植入器械中使用的热固性可降解合成高分子材料,而它,正是杨Lab 的“作品”——从最初在美国西北大学做博后开始,一路走到得克萨斯大学阿灵顿分校、宾夕法尼亚州立大学,经过近17年的打磨,最终成功走向产业化。

基于柠檬酸的可降解缝合锚钉

(图片来源:Acuitive Technologies)

用自己的研究让世界变得更好,这一刻,杨健成就感满满。

02 科学家的 Scientific Serendipity

POC的诞生完美验证了“努力就会有回报”的理念,但幸运女神不会无缘无故眷顾谁。所谓的“灵光一现”,其实多数迸发于日复一日的坚持中——杨健形容为,scientific serendipity(直译:科学的机缘)。他说:“我们常在偶然事件中察觉一个现象,顺藤摸瓜地做下去,发现是一个很广很有意义的领域。”

上世纪70年代,杨健呱呱坠地于江西省万载县。这个宁静小城位于江西省西北边陲,拥有大片天然森林、富饶的有机农作物和保存完好的赣西古城。

大学以前的杨健并不出挑。他回忆说:“我成绩还可以,但不算优秀,比较贪玩,最大的优点是从小到大有很多朋友。”

他真正在科研上起步是在大学阶段——“我的母校南昌大学,对我这一生产生了非常重要的影响”。

在那里,他发现基础科学也能解决实际中的问题,能够给工厂排忧解难,很有意义,因而投身于其中;在那里,他遇到了导师李凤仪,这位教授对他的科研与教学风格影响至今;在那里,他独自前往江苏工厂寻找一种原材料作为催化剂载体,与厂方讨价还价后,背着几十斤重的蛇皮袋差点错过回家的火车;在那里,他参与研发的有机硅合成催化剂技术顺利实现成果转化……“实验室所有的事,大到怎么建实验室、怎么做研究,小到怎么装通风橱,我都参与了,在这个过程中得到了非常好的锻炼,学校的学习也为未来交叉学科的工作打下了较好的理论基础。”他回忆说。

之后,杨健进入中国科学院化学研究所继续攻读博士,他师从中国生物材料领域的著名科学家王身国教授,“在王老师的言传身教之下,我的科研兴趣、科研能力,和科研自信得到了充分的锻炼、提高和释放,让我真正爱上了科研。”他觉得自己很幸运,“在我的成长过程中的每一步,我碰到了很多良师益友,包括我在美国西北大学做博后期间的导师Guillermo Ameer教授在内,很多老师对我影响至深,帮助甚大。我在我的教学科研生涯中也是以他们为榜样身体力行的。”

杨健教授代表Bioactive Materials杂志给美国医学科学院及美国人文与艺术科学院院士Ameer教授颁发Bioactive Materials终身成就奖。

而他儿时养成的优点——好个性、会与人相处、有沟通技巧——在他的科研生涯中也有了充分的“用武之地”。他经常蹭进各种学术会议“偷师”,主动与认识或不认识的老师“搭讪”,在啃完一篇又一篇的论文后,无论谁来找他交流,都能笑脸相迎、胸有成竹、侃侃而谈……

2006年,杨健成为得克萨斯大学的一名助理教授独立开展研究,scientific serendipity终于第一次降临到他身上。当时他正在指导学生用柠檬酸与氨基酸进行反应,想做一种抗凝血的材料。合成后,他的学生把材料拿去做核磁共振检测,材料溶在一个玻璃管里。“阳光下,他发现管子发出了蓝色的荧光……而当时,没有任何一种可降解高分子材料在没有外接发光物质时自身就会发光,这个偶然观察到的现象引起了我的关注。”杨健说。3年后,这条引人入胜的“岔路”赋予了他一个“第一”:他在美国科学院院刊PNAS上首次揭示了柠檬酸和任何含有氨基的分子进行反应,都可以做成发光材料,开创了柠檬酸发光材料新领域,这些材料在组织再生、生物传感、生物影像、防伪加密等领域有着广泛的应用前景。

杨健教授开发的基于柠檬酸的荧光生物材料

在今年的西湖大学2023级本科生开学典礼上,来自生科院的另一位“杨剑教授”在致辞中说,未来四年里,他最关注的不是学生读了多少本书、修了多少门课、考了多少个高分,而是他们是否在西湖找到了自己的真爱——一份纯粹的热爱、来自内心的动力、以及自我实现的幸福感。

此“杨健”非常赞同彼“杨剑”的看法。无需鞭策,无需内卷,只有真正热爱,才能走得更远。

03 群贤毕至的期待

杨健在西湖的实验室位于学术环工学楼E3-335和E3-337,名为生物材料及再生工程联合实验室,英文名缩写是“Be Real”。这个有趣的巧合,像是揭示了这位科研工作者率真的个性,也像是诉说了他开启西湖之旅的初心。

早在西湖大学的前身西湖高等研究院成立时,杨健就开始关注西湖。“非常认可这样的办学模式,一公老师非常有情怀,学校、基金会的新闻也非常鼓舞人,连我这样一个学术圈里的人也常常被感动……”他说。

放弃美国的功成名就,他想来西湖做什么?

通过开发系列代谢调控可降解生物材料来调控干细胞代谢和分化、做组织器官的再生,是杨健在业内最早提出来的思路,从组织与器官的再生和修复、生物传感器、生物影像到药物输送,再到疾病诊断……这些再生医学的子领域,都是他的擂台。

“生物材料是一个学科高度交叉和融合的领域,它也是一个永远做不完的方向,应用也非常广泛。我的特点是能够把生物材料交叉结合到很多不同的学科领域,包括表观遗传、基因编辑、免疫治疗、神经工程、生物传感、生物影像、干细胞分化的调控等等。每一个领域都很有前景。” 杨健说。

但他最终的梦想,是以柠檬酸为材料,完成人体复杂组织和器官的修复和再造。

显然,这不是一个人、一个实验室的战斗。“人体里有很多复杂的组织,比如整个手部的再造,非常难,手掌里有皮肤、软骨、骨、神经、血管、脂肪、肌腱、韧带等各种各样的组织。一些单一组织的再生修复其实目前都有取得不少突破,但要把所有这些部分整合成一个具有活力和功能的复杂组织,非常有挑战性。”他解释说。

而这,正是他选择西湖的意义。

“中国是最适合强强联合、集中力量办大事的地方,而西湖大学是助力我的梦想走向现实的最好平台。”他愿意在这一群“critical mass”中,承担“central push”的角色——他对这样的角色很熟悉,他曾作为主要发起人之一参与创建了美国华人生物材料协会,并担任了4年的会长,懂得如何把相似科研领域的教授们集合起来,形成合力……

如他在入职寄语中所说:在这里,群贤毕至,未来可期。

个人简介

杨健教授,1974年生,江西万载人。1996年及1999年获南昌大学化学学士学位及物理化学硕士学位,2002年获中国科学院化学研究所高分子化学与物理博士学位。毕业后于2003年赴美国西北大学生物医学工程系进行博士后研究至2006年,之后就职于美国德克萨斯大学阿灵顿分校生物工程系任助理教授,2011年晋升为终身副教授,2012年转至宾夕法尼亚州立大学生物医学工程系任终身副教授,2015年晋升为正教授,2019年任宾州州立大学Lloyd & Dorothy Foehr Huck 再生工程讲席教授。2023年7月全职加入西湖大学,任生物材料及再生工程讲席教授。

杨教授已经荣获多个职业奖项,包括美国自然基金会早期职业研究奖(NSF CAREER AWARD,2010),美国德州大学阿灵顿分校工程学院杰出年青教授奖(2011),美国宾州州立大学工程学院杰出研究奖(2018),当选为美国医学与生物工程院会士(Fellow of American Institute of Medical and Biological Engineering, 2016),美国生物医学工程协会会士(Fellow of Biomedical Engineering Society, 2020),美国科学促进会会士(Fellow of American Association for the Advancement of Science,2021),国际医学与生物工程院会士(Fellow of International Academy of Medical and Biological Engineering,2023),2018年当选为美国国家发明家科学院院士(Fellow of National Academy of Inventor)。

杨教授担任生物材料领域期刊Bioactive Materials的共同主编,Science Advances的副主编,华人生物材料协会(Chinese Association for Biomaterials,CAB)共同创办人及前任主席(2018-2022),2023年获华人生物材料协会杰出领导力及服务奖(CAB Distinguished Leadership and Service Award)。

研究方向

杨健教授专长于可降解生物材料的开发研究及应用,是国际知名生物材料专家。尤其是其在首创的基于柠檬酸化学与生物学的生物材料及发光材料开发理论与应用研究领域卓有建树。近年来杨教授倡导的通过生物材料来调控人体干细胞的代谢和分化领域,在学术界和工业界得到广泛的认可与承认。杨教授开发的生物材料具有广阔的应用前景,目前的主要研究应用方向包括疾病的诊断及治疗、生物传感器、药物释放、医疗器械,及复杂人体组织再生及创伤修复等领域。

目前已经在主流学术期刊上发表学术文章150余篇,获得美国授权专利22项及超过100项国际授权专利及专利申请。其中15项专利已转让给多家公司,所获得的科研经费近1500万美元。其中,基于杨教授开发的新型柠檬酸可降解材料是目前世界上唯一已经获得美国食品及药物管理局(FDA)批准在医疗植入器械上大量应用的可降解热固性聚酯高分子材料。

 
特别声明:本文转载仅仅是出于传播信息的需要,并不意味着代表本网站观点或证实其内容的真实性;如其他媒体、网站或个人从本网站转载使用,须保留本网站注明的“来源”,并自负版权等法律责任;作者如果不希望被转载或者联系转载稿费等事宜,请与我们接洽。
 
 打印  发E-mail给: 
    
 
相关新闻 相关论文

图片新闻
读论文查基金,助你2024申基成功! 粉色饭来了,它是肉还是米?
土卫一存在地下海洋 迄今最小恒星,半径仅约地球7倍
>>更多
 
一周新闻排行
 
编辑部推荐博文