学生|杜亚楠：用微组织技术撬动细胞培养大变革

你要真的去了解学生的特点、状态和兴趣，因材施教。连小小的细胞都需要个性化、定制化培养，更何况是学生。
清华大学医学院教授杜亚楠
人体细胞每时每刻都在经历着新陈代谢，数秒内便有几百万个细胞死去，同时又有几百万个新细胞出现。细胞一刻不停地进行着新旧更替，以此保持着人体的健康与活力。而当人体内器官发生病变时，通过在体外培养相关细胞、回输进入体内对病变部位进行“修补” ，这种治疗方式被称为细胞治疗，是现代再生医学发展的重要方向。
而清华大学医学院教授杜亚楠就是为细胞治疗提供“原料”——细胞的人，其研发的3D微组织技术开启了细胞培养的“工业革命” 。凭借这一成果，杜亚楠于不久前获得第二十四届中国科协求是杰出青年成果转化奖。
建造现代化“细胞工厂”
杜亚楠介绍，传统的细胞培养方式主要面临着三方面的困难。首先是培养效率有限。传统的细胞培养方式，需要依赖人工一步步将细胞“种植”在培养皿上，而一个传统的二维平面培养皿所能培养的贴壁细胞数量从百万到千万个不等，但最多也只能满足一位患者治疗所需。杜亚楠认为，如果仅依靠传统的细胞培养方式，细胞疗法的效率将很难得到提升，无法真正惠及大众。
除了培养效率受限外，传统细胞培养方式所用的材料和工具使得细胞在培养过程中的质量、功能难以保持稳定。 “培养皿本质上就是硬塑料，它跟细胞原本的生长环境相差非常远。 ”在杜亚楠眼里，每一个细胞都是一个完整而复杂的生命体，对环境有着敏感的自我感受。他捏起胳膊上的皮肤解释道：“这里面都是细胞，大部分细胞的生长环境是很柔软的，将其直接放在硬质的培养皿里培养，存活数量、功能都有可能出现问题。 ”
除了细胞自身外，细胞所分泌的各类物质同样具有重要价值，如何将细胞及其分泌物完好无损地充分收集起来，则是细胞培养需要突破的另一大瓶颈。
如果说传统的细胞培养方式还停留在“手工作坊”时代，那么杜亚楠团队研发的3D微组织工程技术则可以说建造出了一个现代化的“细胞工厂” 。
在细胞培养阶段，其研发的3D TableTrix微载片取代了传统的二维平面培养皿，成为细胞培养的新载体。该微载片不需要复杂繁琐的人工操作便可与细胞悬液一起直接投放到智能化生物反应器中。随后，该微载片遇水便可分散成数万个球状颗粒，颗粒表面上密密麻麻分布着众多孔隙，每个孔隙都可进行细胞培养，细胞培养数量较传统方式呈指数级提升。不仅是培养数量得到大幅提升，每个颗粒的直径均可在50到500微米之间进行自主调节，实现针对不同尺寸细胞的定制化培养。
此外，该微载片的材料硬度也可根据不同细胞的培养特点进行调节。 “比如骨细胞喜欢硬一点的材质，其他细胞要软一点的，这些都可以根据细胞的‘喜好’来调整。 ”杜亚楠说，细胞其实和人一样，只有提供给它们接近原生的培养环境，才能够实现快速、高质量地繁殖。
而在细胞回收阶段，借助定制的“温和”裂解液，可将培养材料进行降解，再通过后续的自动化仪器装置实现细胞的充分、无损收获，并可进一步将分泌物与细胞进行分流收集，真正实现了细胞从培养到回收的全流程规模化、自动化。
让科研成果走出实验室
但这项有望掀起产业革命的新技术，要走出实验室却并不容易。 2017年，经过7年的科研攻关，杜亚楠带领团队利用3D微组织工程技术研发的3D干细胞微组织规模化制备工艺已基本成熟，在干细胞制品的生产上具备革命性的应用前景。 “当时，不管是全国还是全世界，我们的技术都可以说是走在最前沿的。 ”他说。