當傳統醫療技術面臨瓶頸時，新材料與醫療技術的跨界融合，便成為精準醫療的關鍵。澳門大學的研究人員正站在這一跨界創新的前沿。他們從人體經億萬年演化而成的精密結構中汲取靈感，研發出一系列革命性的新材料，從根本上推動醫療技術的進步。
與人體組織共融的仿生水凝膠
在新材料與醫療技術融合的浪潮中，實現突破的關鍵一步在於創造出能與人體和諧共存的「人造組織」。這不僅要求材料具備優異的生物相容性，更需要在力學性能上與原生組織高度匹配，從而解決長期存在的「力學不匹配」難題。
能否從生生不息的自然界中得到啟示？如生物體經過億萬年演化形成了獨特的環向纖維結構——包括人體椎間盤的纖維環，一生中需承受數百萬次的壓縮載荷依舊耐用，其性能遠超現有人工材料。科技學院助理教授李奕雯及其團隊受到啟發，成功突破傳統技術的限制，研創出「環向纖維水凝膠」。這仿生材料不僅含水量高達85%，與真實軟組織相仿，更具備優異的力學性能。透過獨特的「旋轉壓縮退火」強化技術，該材料展現出卓越的強韌度：其拉伸強度可達14MPa，並擁有出色的抗疲勞特性和抗壓性，宛如為人體打造了一個既柔軟又堅韌的「人工組織支架」，能與原生組織的力學性能相匹配。
這款仿生「環向纖維水凝膠」為製造具類軟組織力學性能的醫療設備、人造植入體與組織工程支架提供了創新解決方案。李奕雯教授指出，團隊融合物理學的相變原理、材料工程的結構設計與生物工程的仿生理念，開創性地運用低速冷凍技術，引導冰晶在水凝膠中定向排列，形成理想的環向結構。她進一步說明：「得益於其獨特的仿生特性，這種水凝膠能有效解決傳統植入物與人體組織間的力學不匹配問題。它可製成醫療器械與植入物，可更好地模擬生物組織的柔軟性與韌性，有助於顯著提升患者的舒適度與臨床適配性。」
尤為關鍵的是，與依賴液氮與急速冷凍的傳統製備方式相比，此材料的製備方法實現了巨大飛躍：其核心技術「同心冰模板法」無需複雜設備，僅需在普通冰箱中進行可控慢速冷凍，即可穩定構建出所需的環向纖維結構。李教授強調，這一製法上的突破，使該水凝膠的批量生產成為可能，同時大幅壓低成本，為未來的臨床轉化與商業應用奠定了堅實基礎。
啟動自我修復的「分子膠水」
如果說仿生水凝膠技術為人造組織搭建了宏觀結構支架，那麼當研究聚焦於特定組織的精準修復時，則需要微觀的「分子級」解決方案，這正是中藥機制與質量全國重點實驗室、中華醫藥研究院王春明教授及其團隊研究「分子膠水」的目的。這類組織再生生物材料不再只是機械性的植入物，而是成為能與生命系統主動互動的媒介，從分子層面喚醒人體的自我再生能力。
王春明教授團隊研發的「分子膠水」專注於人體脊椎中猶如「含水膠狀緩衝墊」的椎間盤修復，不僅能模擬人體組織的基礎結構，巧妙避開體內破壞性酶的攻擊，形成一道「分子防線」；更能像「強力磁鐵」般，主動捕捉並穩定組織中流失的關鍵修復蛋白，實現雙重修復機制。王春明教授指出，「分子膠水」能為受損椎間盤進行深入的「分子修復」，有效啟動其自我再生程序。
王教授解釋，這項突破性研究匯集了糖生物學、材料化學、生物學等多學科專家與臨床醫師的心血與智慧。團隊在完成嚴格的倫理審查後，從蘇州大學附屬第一醫院獲得珍貴的臨床樣本，精準解析椎間盤退化的病理機制。在此基礎上，糖生物學與材料化學專家協同設計「分子膠水」，生物學團隊則通過動物模型驗證其修復效果，整個過程均有臨床醫師參與評估臨床適用性與組織病理變化。
目前，「分子膠水」在兩種動物模型上治療效果佳，展現出良好的應用前景，期望未來可應用於病患。在疾病早期階段，可通過微創注射為開始退化的椎間盤提供「加固」，如同修補出現裂痕的緩衝墊，有望延緩或避免大型手術。對於已接受手術的患者，則可填充組織缺損，促進術後再生與癒合，降低復發風險。王教授表示，該研究已完成動物實驗階段，正積極推進與醫療界和產業界的合作，加速將這項創新成果轉化為能實際造福患者的醫療方案。
直擊癌細胞的「納米導彈」
從修復退化的組織到對抗惡性腫瘤，醫療領域對新材料的要求從「修復適配」進階到「主動介入」，需要精準調節複雜的生理與免疫過程，直擊病灶。其中，納米材料憑其無可替代的優勢，被灌注厚望。
健康科學學院副教授代云路及其團隊專注於開發創新納米材料，以提升腫瘤放射免疫治療的療效。團隊研發的兩款代表性材料－碱性層狀雙氫氧化物納米佐劑（bLDH）與雙表觀遺傳調控納米放射增敏劑（PWAI），分別從不同角度攻克治療難題：前者如同一位「免疫教練」，通過調控細胞內吞噬溶酶體的酸性環境來有效保存並呈遞腫瘤抗原，訓練免疫系統精準識別並攻擊癌細胞；後者則扮演「多面手」角色，既能增強放射線的殺傷效果，又能解除腫瘤的免疫抑制狀態，為治療開闢新的突破口。
研究團隊匯聚了材料科學、免疫學、表觀遺傳學及臨床醫學等多領域專家，共同攻克納米材料在生物安全性、靶向性與藥物控釋等方面的挑戰。代云路教授表示，團隊通過不斷優化材料設計，為納米材料裝配多功能的「武器系統」，使其能夠在複雜的腫瘤微環境中精準執行任務，化身為「納米導彈」。bLDH作為免疫佐劑，可與現有放療技術結合，提升腫瘤抗原呈遞效率與免疫反應強度，特別適用於免疫原性較低、隱藏形較強、傳統治療較難識別的腫瘤類型；而PWAI則針對MYC高表達腫瘤，如三陰性乳腺癌與某些肺癌亞型，這類腫瘤增殖快、放療效果有限，PWAI可提供解除免疫抑制、增強放療效果的綜合策略。
目前，團隊已與臨床醫生展開深入合作，探索納米藥物在臨床前模型中的擴展應用，同時積極佈局專利申請與研究資助，為未來臨床試驗奠定基礎。代教授預料，納米材料將在精準治療、免疫調控與個體化醫療中扮演核心角色，而澳大自主研發的bLDH與PWAI分別代表了免疫佐劑與表觀遺傳調控型放射增敏劑的創新方向，有望為多種難治性腫瘤提供全新的綜合治療策略，展現出廣闊的應用前景。
新材料驅動醫療未來
從用仿生水凝膠構建人造支架破解力學不適配難題，到以分子膠水激活組織自我再生的信號，再發掘納米材料打造精準直擊腫瘤的利器，澳大團隊的前沿研究，正是新材料推動醫療技術變革的創新實踐。這一系列科研突破，無不以跨學科合作為基石。隨著實驗室的創新成果逐步走向臨床，我們可以期待，澳大這些智慧結晶，將成為守護人類健康的嶄新力量。
文：余偉業
圖：編輯部，部分由受訪者提供
來源：《澳大新語》第32期