
约138亿年前,一次壮丽而剧烈的大爆炸后,炽热混沌的宇宙逐渐冷却,世间万物应运而生。漫长的演化过程中,“氢”始终稳居中心地位——作为宇宙中最丰富、最原始、最简单的元素,它孕育了生命之源,更构成了宇宙物质的基础框架。
千百年来,无数科学家怀着对宇宙奥秘的求知与好奇,一步步揭开氢元素的神秘面纱,探索其在工业、农业、医学等领域的应用。北京工业大学化学与生命科学学院教授马雪梅就是其中一员。过去十余年间,她带领团队在氢生物医学基础研究和成果转化的路上孜孜求索,致力于从分子、细胞等层面阐明氢医学“非药治多病”的生物学基础,特别是在严重创伤救治、航天生物学、干细胞再生、肿瘤、慢性病防治等方面,创新性提出了“氢气再生医学”的概念和机制,为氢医学的临床实践提供理论依据和技术支撑。
今年3月,马雪梅团队基于氢气创伤修复和干细胞再生医学领域深入研究,研发的“氢国氢城”氢敷料系列产品,在中关村国际技术交易大会“全球高校科技成果转化促进大会”上亮相,实现了科研成果从“书架”走上“货架”的重大突破。
“氢”风徐来,未来已来。面向新的10年,马雪梅充满期待。
寻根探因
“相比于玻尿酸和胶原蛋白动辄过万的分子量,氢气是自然界最小的分子,新型氢敷料中的氢分子可以很容易穿透皮肤表皮层和真皮层,到达皮肤深层发挥功能……”
站在全球高校科技成果转化促进大会的聚光灯下,向国内外资本代表和技术同行推介即将上市的氢敷料样品,这一步,马雪梅走了14年。
大会上,相比于各类亮出看家本领的机器人,马雪梅带来的科研成果看起来没那么夺人眼球。尽管如此,她的成果展台前仍被不少好奇的观众包围。
“氢元素还有什么功效?”“和市面上的面膜相比,价格怎么样?”“在哪能买到?”面对观众接连抛出的问题,马雪梅笑着耐心解答:“不急,我们的成果即将走上生产线,有望开启新赛道。不夸张地说,氢敷料在抗衰老、敏感肌修复、促进伤口快速愈合、去除疤痕等方面,具有特殊的优势。”
“不夸张”的底气,源于马雪梅团队在氢气创伤修复和干细胞再生医学领域多年的科学研究。
15年前,国内刚刚在医学和健康领域开展氢气研究。彼时,马雪梅已经在北京工业大学生命科学与生物工程学院获得了博士生导师资格。由于此前曾在中国协和医科大学基础医学院医学分子生物学国家重点实验室工作过,于是,她便延续了运用分子生物学、基因组学、高通量测序、系统建模等方法,开展氢气在肿瘤相关疾病的分子机理及防护等方面的研究。
机缘巧合下,马雪梅受北京协和医院整形外科邀请,一起合作开展课题研究,从此便与“氢”结缘——用她的话说:“这是注定的缘分。”
“那时,科室里有不少大面积复杂伤口患者。医生有时会用氢气辅助治疗,能够改善患者伤口愈合情况,即使是创面较大的伤口,恢复后疤痕也不明显。”马雪梅说,当时大家只是观察到这种现象,但科研人员还没能推导出结论,也没有阐释现象背后的原理。
此外,团队还在一项研究实验中发现,让肿瘤小鼠连续6周吸入氢气,小鼠体内肿瘤的生长就会被抑制,肿瘤体积平均缩小了32.3%,Ki67表达也下降了30%。“Ki67是一种与细胞增殖密切相关的核蛋白,它的表达下降意味着肿瘤细胞的增殖活性降低了。”马雪梅解释。而另外一项有关胶质瘤的实验显示,氢气对于肿瘤细胞和正常细胞的作用完全不同。
接连的发现,引发了马雪梅的思考:氢分子为什么能有如此奇效?
位于北京工业大学生命科学与生物工程学院3层氢医学实验室,切片扫描仪、激光共聚焦显微镜、活细胞成像等多台实验仪器正在实时运行。别看实验室的面积不大,但这里诞生了多项重磅成果。
团队在这间实验室第一次见到了氢气诱导伤口愈合的画面。
“这是小鼠伤口的组织切片,我们把它放在显微镜下进行活细胞成像。向伤口边缘迁移的红色、黄色的点,是伤口周围的表皮干细胞,绿色的点是正在生成的胶原蛋白。你看,随着伤口接触氢气的时间越来越长,绿色的点正在集聚、增加,干细胞也翩翩起舞,愈发活跃。”马雪梅指着电脑屏幕上的成像视频生动地解读。
这意味着,在伤口愈合的过程中,氢气使表皮干细胞快速地被激活和招募,而胶原蛋白的沉积也促进了干细胞加速增殖和迁移,覆盖住伤口表面,以恢复皮肤的屏障。
为了获知现象背后的原因,工科院校里的师生团队硬是在协和医生的指导下把自己练成了“外科医生”。“给小鼠切割伤口是基本功,看着简单,实际上为了更好地观察伤口愈合情况,需要在周围先缝上垫圈,才能避免伤口自然回缩、影响实验结果。”北京工业大学化学与生命科学学院副教授赵鹏翔回忆,自己当初进入团队的第一件事就是学切割、缝合伤口。
团队还对伤口愈合的环境开展了成分分析。结果显示,氢气可以“诱导”伤口形成一种自然的湿润环境,抑制血痂的形成。马雪梅说:“这种天然的湿性愈合过程,使伤口周围不出现血痂等阻碍,大大提高了表皮干细胞的迁移速率,伤口愈合速度明显加快,不易产生疤痕。”
氢气抗衰
一颗新鲜苹果,切开后放一段时间,表皮就会皱缩,果肉的颜色从白色逐渐变为深褐色,这个过程叫氧化。人体内很多疾病的产生、病情的加剧以及逐渐衰老的过程,也是氧化反应。国内外大量研究表明,氧化过程会产生大量自由基,有些没有毒性,对维持细胞正常生命活动至关重要;有些则具有毒性,可能导致严重的氧化应激损伤。
“理想的抗氧化方式是从源头减少有毒自由基的生成,而氢气就是减少有毒自由基生成的理想物质。”马雪梅说,早在1975年,国外就有研究团队基于氢气的还原性,采用提高氢气分压的方式来增强抗氧化作用,用于治疗小鼠皮肤癌。2007年,同样基于氢气的还原性,日本一项研究通过小剂量氢气吸入来治疗脑缺血再灌注损伤,大大降低了氢气研究的门槛。
此后,国内外相继有研究团队的研究结果表明氢气具有抗氧化、抗炎症和抗细胞凋亡的效应,并对细胞内相关信号分子及其基因表达产生了广泛的影响。
“氢气可以抗氧化、抗炎症,但氢气的作用远远不止抗氧化。”作为国内较早开展氢气生物学研究的团队,马雪梅带着师生们经过近10年的理论研究,首次提出了“氢气再生医学”的概念。
“我们在创伤修复和干细胞再生医学领域取得突破性进展,发现氢气可以引发全新的愈合方式,通过激活自身胶原等细胞外基质堆积和促进自体干细胞活化,增强对伤口组织的修复功能,并能够营造天然的湿性愈合环境,减轻机体炎症风暴,促进血管、神经、肌肉组织的全面修复,从而实现多种伤口的快速上皮化和无疤痕愈合。”马雪梅说,从发现现象,到探寻原因,一系列氢气作用于人体细胞的新机制陆续被探究出来。
一次意外受伤,加速了团队的研究。2019年年底,马雪梅手肘意外粉碎性骨折。手术后,她将氢气应用到自己的康复中。“当时只是抱着试一试的心态,毕竟这么好的志愿者很难找。”她笑着向记者展示肘部的疤痕。如果不是马雪梅特意指出,记者很难看出她的肘部曾经受过伤。
术后,马雪梅很快就成了学生们的研究对象——每天接受少量的吸入式氢气治疗。到了拆线那天,随着绷带一层层剥开,大家看到了一个特别“漂亮”的伤口。马雪梅兴奋地回忆,伤口周围的皮肤比肘部其他地方都要细嫩白皙;伤口周围萌发的毛囊,也显示出氢气对毛囊干细胞等表皮干细胞的激活作用,从而增强了创伤修复能力。
结合此前在伤口愈合等领域的研究,一个新想法从马雪梅心里冒出:如果把氢气应用在医疗抗衰的领域中,发展潜力巨大。
由此,马雪梅团队迈出了从基础研究转型到产业应用的重要一步。她形象地比喻:“基础研究是雪中送炭,下一步我们就要锦上添花,找到‘返老还童’、倾国倾城的秘籍。”
“皮肤衰老,老在哪里?这是我们最先需要解决的问题。”赵鹏翔博士毕业后进入团队,就在马雪梅的带领下,开始寻找皮肤抗衰的密码。
透过显微镜,玻片扫描后的皮肤表层清晰可见。“这是一层基底干细胞,它产生了所有的表皮细胞。下方真皮层的成纤维细胞则是产生各种胶原蛋白的。”赵鹏翔对比了年轻皮肤和老年皮肤的基底干细胞层。图像中,年轻皮肤的基底干细胞紧凑而饱满,新陈代谢也明显强于老年皮肤。
团队还从中发现了大量存在于年轻皮肤中的17型胶原蛋白。研究表明,这种胶原蛋白具有抗衰老效果,而氢气可以明显增加它的产生和堆积,从而促进组织重塑。目前还没有其他药物可以做到这一点。
赵鹏翔说,不仅如此,细胞外还有大量基质,它们是细胞维持活性的重要的微环境,在皮肤结构中发挥重要的作用,重建细胞外基质,也是抗老策略之一。而作为宇宙最小的分子,氢气可以轻松地穿透皮肤底层,活化细胞外基质,促进胶原蛋白的合成。
“我们已实现了氢气生物学机理多项基础理论突破,并正在开展多项临床研究。我们还发现,肠道菌群的氢气代谢与高血压发病密切相关。考虑到氢气是一种内源性气体,可以影响细胞的功能,所有体外的细胞研究都应该在氢气条件下重新审视。”马雪梅说。
基于这些核心科研成果,团队原创性地提出了“氢医美”概念,氢分子缓释复合敷料制备、氢分子在激活毛囊干细胞的应用等数十项发明专利随之应运而生,构建起了专利群。
“织”造美丽
专利是高校科研的标志性成果,产品是进入市场的入场券。“从专利到产品,从实验室到市场,中间隔着高校科技成果转化的完整链条。需要科研人员换一种身份,从头学起。”刚刚经历了科技成果转化整个过程的马雪梅如是说。
幸运的是,团队赶上了天时、地利、人和。
作为北京市首批“赋予科研人员职务科技成果所有权或长期使用权”试点单位之一,北京工业大学全力帮助马雪梅团队将科研成果走向产业化。“我们很幸运地成为试点当中走在前面的一个,得到了专业团队的全方位帮扶。”马雪梅说,学校专门成立了技术转移团队来做成果转化工作,还有专利事务所为团队服务。
2023年9月,马雪梅团队以技术入股方式成立了华氢时代(北京)生物科技有限公司,致力于研发基于新型储氢材料的医用敷料及相关产品。
如今,在北工大校内的氢医学实验室,仍保留着一台氢敷料研发设备。透过玻璃窗,可以看到一个小小的纺丝台。“我们的第一片氢敷料就是从这里诞生的。”马雪梅说,“起到核心功效的氢分子就在敷料中,我们研发出可以让氢分子缓慢释放的技术,再配上精华液,起到滋润、修复等作用。”
目前,这台小小的生产设备已经升级——公司的第一条生产线已经启动,正在源源不断“织”造美丽。
马雪梅补充,多亏了学校搭建的科技成果转化创新平台,帮助团队实现了“从0到1”的突破。
她口中的“平台”,是本市首个区校企深度联合建设的环高校创新功能区——北工大山河湾谷创新区。自2023年10月启动建设以来,创新区致力于构建专利转化资源库,开展高价值成果全流程转化。目前,已有50余项优质科技成果入驻孵化,涵盖智慧环保、机器人与仪器装备等方向,200余家企业入园注册,约33%的入驻团队实现公司化运营。
马雪梅团队是首批入驻创新区的团队之一。
初创公司需要的场地,园区全力协助团队装修,两个月完工;急需的“国家高新”等资质的申报,园区派出人员手把手指导;缺乏的市场、客户、资本资源,园区会安排相应的参观交流洽谈。“尤其是科研人员赋权改革文件系统,我们几乎就是按照文件规划的路径一步一步走下来的。”马雪梅说。
身为公司首席科学家,马雪梅的任务是为公司产品持续研发提供稳定的技术支持。“科研人员迈出技术转化的第一步很难,但当你真正迈出了这一步,你会看到科研的更多可能性。”马雪梅说,走出象牙塔,天地更广阔。
氢功能性饮品、氢分子功能性面膜、氢防脱洗护产品……越来越多的科研成果走下“书架”,走上“货架”。
最近,马雪梅频繁往返于公司、工厂和校园间,一方面要为最新推出的氢敷料产品确定包装,还要兼顾校内的教学科研工作。最新确定的一版包装设计中,金色线条勾勒出“氢国氢城”的字样和雍容华贵的牡丹纹样。
科技,织就梦想,也绘就未来。
北京日报:https://bjrbdzb.bjd.com.cn/bjrb/mobile/2025/20250424/20250424_009/content_20250424_009_1.htm#page8?digital:newspaperBjrb:s6809455ce4b0380e186b43e3