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來源?|?科學網、材料學網

在 2015 年，22 歲的傅凌嵐以勃勃雄心抵達加拿大不列顛哥倫比亞大學，成為李宏斌教授的博士研究生。盡管她的專業背景是高分子材料，但當時她對生物學的理解僅限于高中水平。然而，僅用了 8 年的時間，她已華麗轉身，成為了國際著名抗癌藥物研發公司的一員，為全球人們的生命健康貢獻力量。

就在不久之前，傅凌嵐在李宏斌課題組開展的一項研究被發表在 Nature 雜志上，這項成果有望為無數患者帶來福音。傅凌嵐表示，她非常喜歡她現在所做的一切。

李宏斌教授對八年前那個年輕的、尋求面試機會的女孩記憶猶新。他回憶起第一次見到傅凌嵐時，就被她深深吸引。很多像她這樣的化工材料背景的學生，在得知要在博士階段從零開始學習分子生物學時，往往會感到有些害怕。但傅凌嵐與眾不同，她對李宏斌教授說，她愿意接受新的挑戰。

一度被拒稿的論文登上Nature，“光補實驗就補了兩年”水凝膠！實現體內軟骨再生

? ? ? ? ? ? ? ? ??李宏斌（右）指導傅凌嵐（中）等學生開展研究

這個 Nature 論文的目標，同樣是一個巨大的挑戰。在此之前，人們已經為此努力了幾十年，但一直沒有取得突破性的進展。軟骨，這個生物體內的奇跡，既堅硬又具有韌性。這種特性使它能在我們奔跑、跳躍時，承受并消減巨大的能量，保護我們的骨組織或肌肉組織免受損傷。然而，一旦軟骨發生嚴重、不可逆的損傷，必將對患者的未來生活質量產生嚴重影響。

材料學家們想通過制造出性質盡可能接近軟骨的人工支架來達到更換軟骨的可能性，支架在生物降解的過程中會幫助軟骨自我再生。然而，這個目標說起來容易做起來難。一般堅硬的人造材料都比較脆，容易斷裂，無法與天然軟骨相比。科學家們嘗試了很多方法，但都沒有取得很好的進展。

傅凌嵐和課題組決定向大自然學習，嘗試在蛋白質水凝膠網絡中引入鏈纏結來模仿軟骨的這一結構和性質。

他們發現，相比于傳統的聚合物水凝膠，蛋白質水凝膠因其性質更易在生物體內降解，還能通過基因工程技術精確控制蛋白質序列，從而引入一些具有特定功能的蛋白質基團。然而，以往的蛋白質水凝膠都比較軟，這很大程度上限制了它們的應用范圍。

為了解決這個問題，他們決定對串聯球狀蛋白進行化學解折疊，就像解開一個毛線球一樣，讓其中的肽鏈變得更長。最終，他們得到了了足夠堅硬且具有韌性的材料，其硬度比天然蛋白交聯后的軟材料提高了 40 倍；而它的壓縮模量更是提高到了 1.7 MPa。

經過對水凝膠 600 多次的反復快速壓縮，它沒有出現明顯的疲勞和損傷。這個結果讓傅凌嵐和課題組非常振奮。

他們在 2020 年時滿懷期待地將研究成果投稿給 Nature，然而卻遭到了拒稿。盡管三位審稿人對新材料表現出了濃厚的興趣，但他們希望能看到這個材料在生物體內修復軟骨的實際效果。

面對這個挑戰，李宏斌決定迎難而上，帶領團隊探索一個嶄新的領域。他們與南京大學醫學院附屬鼓樓醫院的蔣青教授團隊合作，利用兔子進行了動物模型驗證。

經過兩年的探索與實驗，他們終于取得了令人欣喜的結果。他們給膝關節軟骨受損的兔子植入蛋白水凝膠，12 周后，它們的膝關節軟骨表現出明顯的再生跡象。研究人員發現這些新生組織理化性質與天然軟骨非常相似。實驗后，兔子們體內沒有出現未降解的凝膠殘留物和排異反應，很令人驚喜。

他們發現軟骨的再生效果和蛋白質水凝膠的硬度之間存在復雜的關聯：偏硬的凝膠比偏軟的凝膠效果更好，原因可能是較高的硬度與骨骼和軟骨組織更相容，為身體提供了有效再生的物理線索。但是，當水凝膠變得太硬時效果不佳，可能是因為體內降解這種水凝膠過于緩慢。

在補充了完整系列的動物實驗結果后，他們重新提交了論文給 Nature，很快就通過了。盡管動物實驗比一般的材料學研究周期更長，他們在第一次被拒稿后，相關的動物實驗補了兩年，但這一切都是值得的。

傅凌嵐在李宏斌的指導下，展現出了非常敏銳的觀察能力和實驗技巧。在蛋白質水凝膠力學實驗中，她發現了一種新型水凝膠在壓縮性能上的突出表現，這個發現成為了論文中的一個亮點。此外，她在讀博期間還發表了一項關于蛋白質凝膠力學設計的重要工作，為今后的實驗設計提供了新的理念。

這樣一名才華橫溢的學生，在畢業后選擇了投身工業界從事研發工作。在面臨職業選擇的時刻，傅凌嵐向李宏斌請教咨詢，李宏斌并沒有給她具體的建議，而是讓她聽從自己的心聲，選擇最感興趣的職業方向。經過深思熟慮后，傅凌嵐決定嘗試投身工業界，去藥物研發公司工作。

她認為，從事學術研究是探索未知，而去企業則是追逐明確的研發目標。對于傅凌嵐來說，后者可能更適合她。如今，傅凌嵐在企業已經工作兩年了，她非常喜歡現在的生活。

不列顛哥倫比亞大學李宏斌教授課題組報告了使用鏈狀纏結的方法來顯著提高蛋白質水凝膠的硬度而不影響其韌性。通過在折疊彈性蛋白構成的水凝膠網絡中引入鏈狀纏結物，作者能夠設計出高硬度和高韌性的蛋白水凝膠，它無縫地結合了相互不相容的機械性能，包括高硬度、高韌性、快速恢復和超高抗壓強度，有效地將軟蛋白生物材料轉化為剛性和韌性材料，表現出接近軟骨的機械性能。作者的研究提供了一條實現基于蛋白質的剛性和韌性生物材料工程化的一般途徑，這將在生物醫學工程（如骨軟骨缺陷修復）和材料科學與工程方面找到應用。相關成果以“Cartilage-like protein hydrogels engineered via entanglement”為題發表在《Nature》上，第一作者為Linglan Fu, Lan Li為共同一作。

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