“如果我们的研究成果能够实现临床应用,那会是非常有意义的,作为一名科研工作者,这对我来说是最大的成就。”天开高教科创园先导区内的中国医学科学院生物医学工程研究所一派紧张忙碌的景象:一身白大褂的研究员王志红正在指导学生调试实验仪器的各项参数。她主导研究的鱼鳔基心血管生物材料即将迎来临床应用前的大规模动物实验,团队正在紧锣密鼓地做着准备工作。
王志红本硕博就读于南开大学生命科学学院,并先后赴哈佛医学院与英国伦敦大学访学,她的研究方向主要围绕人工血管、介入人工心脏瓣膜研发。经导管介入主动脉瓣膜术(TAVR)凭借微创、无需开胸、创伤小等优势,成为瓣膜病未来治疗的主要手段。“在手术中需要把瓣膜压缩到输送导管,送到心脏的正确位置后打开,这对瓣膜的力学强度、韧性和耐久性都提出了非常高的要求。”王志红告诉记者,目前主要利用牛心包等动物源组织作为瓣叶,材质容易钙化,使用寿命仅有8年至10年。而随着中低危、年轻患者群体增加,需要使用寿命更长的材料,瓣膜耐久度成为技术发展的核心问题。
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针对这一难题,2017年开始,王志红带领团队围绕人工瓣膜在抗钙化交联技术、新瓣叶材料探索、聚合物瓣膜等方面展开技术攻关。王志红告诉记者:“仅用来增强瓣膜力学强度和韧性的交联剂一项,我们就进行了几十种方法的严格筛选、反复验证,成功开发了一项非戊二醛抗钙化交联技术,抗钙化水平比国外技术更好。”
寻找瓣膜材料的路更长、更苦、更艰难。考虑到在高原苛刻环境下生存的牦牛心肺功能更强,团队核心成员、“85后”王志红和“90后”刘婧两位女将飞赴青海,在凌晨1时、零下20多摄氏度的低温条件下,蹲守在当地的牦牛屠宰场,只为第一时间拿到用于实验的牦牛心包,还要在逼仄的洗手间里处理冒着热气和血水的原料;为了对比各种动物的心包特性走遍京津冀,对每一个畜牧场了如指掌……无数次对比、实验,推翻、再重来,王志红团队发现鱼鳔质地平整有韧性、抗钙化性能明显,同时厚度合适,易采集,制备简单。“确定选材方向还不够,还要解决鱼鳔易打卷、缝合强度不够的问题,反复筛选鱼种、鱼鳔的部位,改善缝合方式,精准验证泵血量等基本性能参数。”经过不计其数的实验,王志红团队终于成功发展了鱼鳔基心血管生物材料及其在人工瓣膜领域的应用,突破了行业发展的“卡脖子”难题。
2019年5月,在法国召开的心血管介入领域的世界级大会——欧洲介入心脏病学大会上,这项成果第一次公开作报告,就受到临床专家、媒体的一致肯定。一位来自马来西亚的老先生握着王志红的手激动地表示:“你们的研究很有意义,要坚持做下去。你们会改变一些东西。”该技术也获得了中国首个心血管应用领域授权发明专利。
在研究所里有一台心脏瓣膜材料的加速疲劳测试仪,以鱼鳔基介入主动脉瓣瓣膜,按照每分钟1000次的开合频率进行体外模拟测试,最长达到4.6亿次开合无破损,定期检测各项功能均正常,高于现有2亿次的国标。
目前,该技术成果已完成临床前大动物实验的预实验,正在申请极早期临床试验,今年年初将开展大规模动物实验。
近年来,王志红获得天津市杰出青年基金项目资助,荣获天津市青年科技优秀人才、天津市“131”创新型人才。作为项目负责人,主持承担国家及省部级以上项目10余项,国家自然科学基金项目3项。作为首席科学家,牵头中国医学科学院医学与健康科技创新工程重大协同项目1项。获授权中国发明专利8项,申请美国专利1项。
荣誉背后,面对科学的圣殿,王志红常怀敬畏:“科研之路上的研发周期很长,每个阶段、每个细节都不能马虎。我总会想起前辈、老师们言传身教给我的那种科学精神:厚积薄发、行稳致远,这是让我终生追随的情怀。”