“草根”院士张兴栋:从“怪猜想”到“划时代发现”

2014-02-13 06:00 · 李亦奇

2014年2月6日,张兴栋院士因在生物工程领域的卓越贡献而成为今年美国工程院评选的11名外籍院士中的唯一一名中国科学家,实现了从一个满口四川话的物理“草根”学者到“生物陶瓷材料”研发专家的华丽转变。

你相信“陶瓷”能“引诱”断骨自动长好吗?

四川大学教授张兴栋经过18年的努力,用大量动物实验和临床应用证明了此设想的正确。在这个过程中,他获得国家自然科学奖并成为中国工程院院士。

2月6日,这位76岁的四川老先生再次迎来至高荣誉:美国国家工程院2014年外籍院士,这是世界顶尖工程界学术团体颁出的嘉奖,为今年11名外籍院士中唯一一名中国人。

然而获奖后的每一天,张老依旧在实验室忙碌。

常常“泡”在实验室,18年研究终获肯定

从被提名到入选,历时近一年时间,张兴栋一无所知。美国国家工程院媒体事务主管兰迪·阿特金斯日前接受书面采访时表示,选举过程是严格保密的,张教授获选主要是因为其“对肌肉骨骼的临床实验以及发展生物材料上的贡献。”

张老的同事蒋青介绍,只要张老在成都,一定可以在办公室找得到。每年春节,他只会休息正月初一 一天,其余时间都泡在实验室里,经常通宵做实验。张老的同事透露,张老对文艺作品、音乐、体育等方面有浓厚的兴趣。

张老治学严谨是出了名的。一家知名医院的院长曾是张老的博士生。按要求,只要在国外核心期刊上发表一篇文章就可毕业,但张老要求要发表5篇文章。这位院长发表4篇论文后找张老说情不成,最后,这位院长又发表了一篇文章才毕了业。张老的“狠”让他很感动,最近他又找到张老请他继续做指导老师!”

用张兴栋的话说,“这不是什么大事。但这是对中国生物材料事业发展的肯定。”他形象地介绍自己的主要科研成果,就是用“多孔磷酸钙陶瓷”仿制一块骨头植入受损部位,就能诱导断骨自动生长愈合,而原来的“陶瓷”也被逐渐吸收,最后彻底消失。

张兴栋发现了骨诱导功能,将无生命的生物材料变成了有生命的组织和细胞。克服了用金属、高分子材料做人工骨头带来的腐蚀、排异、异物感等问题。从发现骨诱导作用到被全世界广泛承认,张兴栋及其团队经历了漫长的18年,其间各界不断的质疑都不曾动摇他的信心。

没拿到学士学位,自称“草根院士”

张兴栋自称自己是连学士学位都没有拿到的“草根院士”。一个学物理的科学家,为何在生物工程领域取得巨大成就?他在科研上遇到了怎样的曲折?

张老说:“跟其他院士相比,自己显得台"草根",不仅基本上没海外留学和工作背景,甚至连学士学位都没有。1960年,还在四川大学物理系念大四的他,原本要读五年才能毕业,但因学校教师紧缺,张老提前了一年留校当老师。

其实,张老的少年时代并非乖学生。“上树捉鸟,下河洗澡”这种事常发生。刚上初中时,张老调皮是出了名的。“不只是我很调皮,我们一个班的学生都是"费头子",不过现在当了院士的有两个人。”

“初一、初二每学期补考时,我早上睡懒觉,下午溜出去游泳或上树抓鸟。”张老说,有时候睡懒觉被老师发现,趁老师不备,他便从窗户上溜出去了,气得老师直跺脚。张老笑着说:“现在身体很好,就是当年调皮和爱好体育运动奠定的基础!”

张老说,初三时突然醒悟,初三毕业时,被评为优秀生,高中毕业时,被评为全优生。填报志愿时,班主任建议:“你应该学理工科。”于是,便选择了四川大学物理系。

“我认为,我们自己可以培养高尖技术人才,不是留了洋才会成功!”张老说,目前,四川大学的生物材料在全世界都有话语权。

物理学者转行"生物材料"研究

张兴栋是学固体物理的,2007年当选中国工程院院士。20世纪80年代初,四川大学华西医院牙科生物材料在使用中遇到技术问题请张兴栋解决,他尽管不懂医学,但认为材料科学可以解决问题,于是“下深水”研究生物材料。1983年,他在国内率先开展生物活性人工骨(牙)及涂层植入体研究并取得成果。在试验中张兴栋发现,一块有孔的磷酸钙陶瓷埋入动物体内后,几个月后取出来,居然奇迹般地变成了真骨头。多孔磷酸钙陶瓷能诱导身体分化成骨细胞?他在28只狗、60多只兔子和100多只老鼠的断骨处不断植入“多孔陶瓷”,等生长后做切片观察,10000多张切片,一张张统计,大量的实验证明,生物材料具有诱导作用,可诱导骨形成。

1991年,张兴栋在意大利召开的生物陶瓷大会上公布了自己的成果,率先提出并确证无生命的多孔磷酸钙陶瓷可具有生物活性物质特有的诱导骨再生的作用。将无生命材料变为有生命组织,这一成果受到广泛质疑,被称为“怪异想法”,甚至有评价“这降低了中国自然科学基金的水平”。但事实不可否定,国外的学者做了重复实验亦验证了结论,生物安全性评价等也得出了结论。材料学界泰斗师昌绪院士等力挺:“独到的见解有创新性,不能轻易放弃!”从始至终,该项目都获得国家自然基金、国家发改委专项、科技部973等重大项目的支持。

2008年,在阿姆斯特丹第八届世界生物材料大会上,张兴栋被邀作大会首个报告。2009年,他再次受邀在国际组织工程与再生医学大会上作报告,国际上全面承认了骨诱导理论的科学性。日本学者小久保正评价:“这是划时代的医学材料发现!”

如今,已经有10多万例的病人使用了张兴栋团队生产的骨诱导材料,而全国90%以上的人造关节都在使用张兴栋发明的材料涂层技术。

“做研究还是要注重实际解决了什么问题。”谈及如何评价科学成果,张兴栋说,应该把国家需求作为科研选题的方向,追求科学目标,着重于实际贡献,而不是追求表面数据,特别是论文数量。他说,自己从四川大学毕业便工作到现在,自称“草根科学家”,就是因为学校一直很支持,有宽松的环境,“我们要有充分的信心,中国自己也能培养出自己的科学家。”

现在,张兴栋及其团队正着力建立完整的生物材料诱导形成理论。不远的将来,或许我们就能用生物材料诱导软骨、血管壁等各种器官在受损后实现自身的永久性修复。

备注

美国国家工程院是美国工程科技界最高水平的学术机构,成立于1964年12月,是世界上较有影响的工程院之一。当选美国国家工程院院士是工程领域专家的最高专业荣誉之一。

截至目前美籍院士总数2250人,外籍院士214人,包括中国籍院士9人,分别是宋健、徐匡迪、周济、王淀佐、谢克昌、姚熹、郑哲敏、曹湘洪、张兴栋。