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器官芯片（Organ-on-a-chip）是一種將人體活細(xì)胞植入微流體芯片內(nèi)再現(xiàn)人體組織器官功能的微生理系統(tǒng)，可用于替代小白鼠等動(dòng)物模型來(lái)進(jìn)行藥物快速評(píng)價(jià)，也可應(yīng)用于疾病模型和精準(zhǔn)醫(yī)療，在2016年被世界達(dá)沃斯論壇評(píng)為“十大新興技術(shù)”之一。自2011年美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬宣布由美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH）、美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）和美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）共同組織發(fā)展器官芯片聯(lián)合項(xiàng)目以來(lái)，世界范圍內(nèi)掀起了研究器官芯片的熱潮。迄今為止，國(guó)際上已經(jīng)開展了心臟芯片、腎臟芯片、肺芯片、腫瘤芯片等多個(gè)器官芯片項(xiàng)目研究并搭載進(jìn)入國(guó)際空間站。

“空天報(bào)國(guó)、敢為人先，服務(wù)國(guó)家重大戰(zhàn)略”是北京市生物醫(yī)學(xué)工程高精尖創(chuàng)新中心、北京航空航天大學(xué)生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院雙聘副教授鄭付印始終縈繞在心的科研情懷。多年來(lái)，他和科研團(tuán)隊(duì)一直面向生命健康、腦科學(xué)和空天科技交叉領(lǐng)域開展前沿創(chuàng)新研究，在地基和面向空間站的類器官和器官芯片構(gòu)建并應(yīng)用于新藥研發(fā)、疾病模型和航天生理等研究領(lǐng)域取得了突出成績(jī)。在中國(guó)類器官和器官芯片的地基產(chǎn)業(yè)化及將其送往中國(guó)天宮空間站的征途中，鄭付印和他的研究團(tuán)隊(duì)始終在肩負(fù)著探路者的角色，每一步都走得擲地有聲。

逐夢(mèng)——從生物學(xué)啟蒙

到多學(xué)科交叉

千百年來(lái)，生物學(xué)為推動(dòng)科學(xué)的進(jìn)程發(fā)揮了重要作用。追溯鄭付印的科研之路，生物學(xué)也正是啟發(fā)其科研興趣的根源。從本科的生物啟蒙到碩士開展細(xì)胞和組織工程的科研初探，再到博士期間在東南大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的深入開拓，近十年的時(shí)光里，他一直在類器官和器官芯片領(lǐng)域沉淀和探索，每一步都走得踏實(shí)而堅(jiān)定。

隨著器官芯片產(chǎn)業(yè)化和空間應(yīng)用研究的蓬勃發(fā)展，助力航天夢(mèng)成為多少學(xué)子心中夢(mèng)寐以求的期盼。2014年國(guó)慶節(jié)當(dāng)天，鄭付印在中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心的航天醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)與應(yīng)用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室正式開啟了關(guān)于空間應(yīng)用的器官芯片研究。在順利完成一年的攻關(guān)合作任務(wù)以后，為了能學(xué)習(xí)到器官芯片更先進(jìn)的技術(shù)，鄭付印爭(zhēng)取到國(guó)家公派留學(xué)的資格，遠(yuǎn)赴美國(guó)開展腦類器官芯片的研究。依然是國(guó)慶節(jié)前夕，出國(guó)當(dāng)天，鄭付印特意在老家聊城火車站吃了一碗加州牛肉面，在迫切而又喜悅的心情中，他于2015年10月1日到達(dá)美國(guó)知名學(xué)府加州大學(xué)伯克利分校從事器官芯片研究。

博士畢業(yè)后，鄭付印又通過(guò)不懈努力，成功申請(qǐng)到了美國(guó)知名學(xué)府麻省理工學(xué)院（MIT）的博士后。置身于器官芯片的發(fā)源地——大波士頓地區(qū)，鄭付印有了近距離接觸哈佛大學(xué)和MIT的器官芯片領(lǐng)域知名學(xué)者和學(xué)業(yè)導(dǎo)師的機(jī)會(huì)，并如饑似渴地學(xué)習(xí)了光遺傳學(xué)、干細(xì)胞、類器官和器官芯片等領(lǐng)域的前沿知識(shí)和技能。一年多以后，他又經(jīng)導(dǎo)師安排到新加坡南洋理工大學(xué)開展了新實(shí)驗(yàn)室的籌備組建和新課題方向的開拓，在獨(dú)立開展科研工作的過(guò)程中，鍛煉了其建立和管理實(shí)驗(yàn)室的能力，這一切都為其回國(guó)開展相關(guān)領(lǐng)域研究工作打下了堅(jiān)實(shí)的根基。

筑夢(mèng)

——做中國(guó)自己的器官芯片

青衿之志，屢踐致遠(yuǎn)。追根溯源，鄭付印從事器官芯片研究的科研報(bào)國(guó)初衷由來(lái)已久。不管是博士時(shí)期在中國(guó)航天員中心的所見所聞，還是到MIT工作時(shí)與國(guó)際空間站器官芯片研究團(tuán)隊(duì)僅僅一層樓之隔的獨(dú)特經(jīng)歷，身邊的故事一直激勵(lì)著他要投身到中國(guó)太空器官芯片的研究中。

2016年4月24日是第一個(gè)中國(guó)航天日，兩年后鄭付印的孩子非常幸運(yùn)地和中國(guó)航天擁有同一天的生日。在篤定回國(guó)的時(shí)候，鄭付印最大的希望，就是能找到合適的平臺(tái)，通過(guò)自己多年來(lái)所積淀的研究經(jīng)驗(yàn)，為祖國(guó)太空器官芯片科研事業(yè)作出應(yīng)有貢獻(xiàn)。憑借不懈的努力和良好的表現(xiàn)，他如愿入職北京航空航天大學(xué)。來(lái)到這一平臺(tái)之后，鄭付印馬不停蹄先后成功申請(qǐng)到了國(guó)家自然科學(xué)基金青年和面上項(xiàng)目等多項(xiàng)基金，并成功獲得了北京市科技新星計(jì)劃的人才項(xiàng)目的支持。與此同時(shí)，他還加入了北京市生物醫(yī)學(xué)工程高精尖創(chuàng)新中心。在平臺(tái)的支撐下，鄭付印與團(tuán)隊(duì)成員成功建立了仿生類器官和器官芯片實(shí)驗(yàn)室，集中精力開展人體類器官和器官芯片的地基產(chǎn)業(yè)化和空間應(yīng)用研究。

多學(xué)科的研究背景，是鄭付印大展拳腳的“武器”。多年來(lái)，他和合作團(tuán)隊(duì)成員們開展了一系列創(chuàng)新性研究工作，諸如在《美國(guó)科學(xué)院院刊》（PNAS）上發(fā)表了人工智能輔助的視網(wǎng)膜微動(dòng)脈瘤芯片研究，并在領(lǐng)域權(quán)威期刊《先進(jìn)生物學(xué)》（Advanced?Biology）雜志上發(fā)表了一篇40頁(yè)、字?jǐn)?shù)3萬(wàn)余字的人體類器官和器官芯片的封面綜述論文，系統(tǒng)總結(jié)了類器官和器官芯片的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)和集成研究，以及借助3D打印和數(shù)值模擬優(yōu)化制備類器官和器官芯片的系統(tǒng)集成工程的技術(shù)挑戰(zhàn)和限制。這一涉及解決方案和未來(lái)前景的論文，引起了領(lǐng)域內(nèi)學(xué)者的廣泛關(guān)注。

“太空飛行會(huì)導(dǎo)致人體發(fā)生許多重大變化，我們希望太空中的組織芯片能夠代替宇航員的身體，去經(jīng)歷同樣的快速變化，為構(gòu)建虛擬宇航員提供支撐?！编嵏队≌f(shuō)。針對(duì)生理微結(jié)構(gòu)提取和空間可行性的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)問(wèn)題，他所在的課題組已設(shè)計(jì)了空間應(yīng)用型抽屜式器官芯片，構(gòu)建了多種模擬纖維狀組織或器官的體外模型，如仿生肝小葉、神經(jīng)束、肌肉纖維等，適配空間站實(shí)驗(yàn)艙環(huán)境，為在軌器官芯片的研發(fā)、測(cè)試和搭載提供了很好的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

追夢(mèng)——面向器官芯片的地基產(chǎn)業(yè)化和空間標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展

科學(xué)事業(yè)是鄭付印一生不懈的追求。為數(shù)不多的閑暇時(shí)光，他也經(jīng)常在閱讀文獻(xiàn)中度過(guò)。學(xué)海無(wú)涯，在他的眼中，知識(shí)的攝入是無(wú)止境的，要想在研究領(lǐng)域中深耕，就要永不停止對(duì)理論知識(shí)的擴(kuò)容。

“專注于自己想做的事情，然后在這一基礎(chǔ)上挑戰(zhàn)一些更高難度的工作”，長(zhǎng)期以來(lái)，鄭付印攀登科學(xué)高峰的道路從未止息?，F(xiàn)如今，他正在開展無(wú)接觸光控可視化的器官芯片研究，即將光遺傳學(xué)調(diào)控的人源誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（hiPSC）定向分化為多種神經(jīng)元、心肌細(xì)胞和骨骼肌細(xì)胞，構(gòu)建神經(jīng)與靶組織（肌肉、心肌和血管）或靶器官?gòu)?qiáng)大的功能和生理耦合的融合類器官或器官芯片，特別是腦類器官、心肌類器官和融合類器官，以及神經(jīng)肌肉接頭，神經(jīng)心肌接頭和神經(jīng)血管單位的神經(jīng)支配的關(guān)鍵體外模型，構(gòu)建集成光電刺激、結(jié)構(gòu)色傳感、聯(lián)動(dòng)攪拌、在線培養(yǎng)和監(jiān)測(cè)一體化的器官芯片平臺(tái)。

生物芯片與未來(lái)生活有著密切的聯(lián)系，在國(guó)家鼓勵(lì)科學(xué)工作者投入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的時(shí)代大背景下，未來(lái)鄭付印還將和研究團(tuán)隊(duì)在器官芯片的標(biāo)準(zhǔn)化、定型化、產(chǎn)品化，以及成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化等方面進(jìn)行更多實(shí)際探索。在此基礎(chǔ)上，最終開發(fā)和驗(yàn)證一個(gè)研究全身系統(tǒng)性、正常生理、疾病病理和精準(zhǔn)藥物評(píng)估，且能夠反映多器官與實(shí)時(shí)動(dòng)力學(xué)相互作用的人體類器官芯片平臺(tái)和集成設(shè)備。

行遠(yuǎn)自邇，篤行不怠?；厥走^(guò)往，鄭付印感慨：自己所走的每一步都是在摸著石頭過(guò)河。雖前路充滿未知，但他的內(nèi)心卻始終堅(jiān)定。以夢(mèng)為馬，鄭付印已迫不及待投入未來(lái)的挑戰(zhàn)中。

（責(zé)編：張聞）