中国科学院上海陶磁器研究所の呉成鉄氏：生体活性材料の3Dプリントに尽力

はじめに：中国科学院上海陶磁器研究所には、「3Dプリント生体活性材料」の分野に注力している呉成鉄という研究者がいます。彼の科学研究の道は、「3Dプリント」、「生物学」、「材料」の3つの方向に一つずつ進み、交差して収束することです。

3Dプリント技術は、新しいタイプのラピッドプロトタイピング製造技術として、従来の成形技術とは根本的に異なり、パーソナライズされたカスタマイズと精密医療の面で、従来の医療に比べて比類のない利点を発揮します。これはさまざまな分野の総合的な発展によるもので、近年、医療分野では数多くの新しい技術が生まれています。中国科学院上海陶磁器研究所には、「3Dプリント生体活性材料」の分野に注力する呉成鉄という研究者がいます。彼の科学研究の道は、「3Dプリント」「生物学」「材料」の3つの方向に一つずつ進み、交差して収束することです。

△呉成鉄氏は研究者であり、博士課程の指導者でもあり、現在は中国科学院上海陶磁器研究所の副所長を務めている。（写真提供：上海珪酸塩研究所）
教育：

2003-2006年、中国科学院上海陶磁器研究所、生体材料学博士
2000-2003年、大連理工大学、材料科学工学部、材料科学、修士
1996-2000年、大連理工大学、材料科学工学部、材料科学、学士

実務経験：

2006-2007年、オーストラリア、シドニー大学、バイオマテリアル研究員
2007-2009年、オーストラリア、シドニー大学、バイオマテリアル学副学長研究員
2009-2011年、クイーンズランド工科大学副学長、バイオマテリアル研究員、オーストラリア
2010-2011年、ドレスデン工科大学、ドイツ、生体材料、フンボルト奨学生
2011-2012年、中国科学院上海陶磁器研究所准研究員
2012年現在、中国科学院上海陶磁器研究所高性能セラミックスおよび超微細構造国家重点実験室研究員

受賞した賞および名誉称号:

中国共産党中央組織部千人計画リーダー、科学技術部青年中年リーダー、国家高級人材（青年部門）、ドイツ・フンボルト奨学生、上海市優秀分野リーダー、中国バイオマテリアル学会優秀若手科学者賞、英国王立化学会JMC講演賞、中国珪酸塩学会青年科学技術賞、中国バイオマテリアル学会科学技術一等賞（第2位）、中国華僑連合会優秀個人賞、上海青年五四勲章、上海浦江人材、オーストラリア研究部APDIポストドクター奨学金、クイーンズランド工科大学ポストドクターフェローシップ会長、シドニー大学ポストドクターフェローシップ会長などの称号を獲得。

学業成績:

彼は、科学技術部の「第12次5カ年計画863」、第13次5カ年重点研究開発計画、NSFCの重点およびCASイノベーション分野横断チーム、CASの若手トップ人材プロジェクトを担当しています。彼は現在、学術誌「Applied Materials Today」、「Microstructure」、「Journal of Inorganic Materials」の副編集長であり、Acta Biomaterilia の編集委員も務めています。彼は CRC の英語モノグラフの編集長であり、9 つの英語モノグラフの章の執筆に参加しました。彼は、Advanced Materials、Mater Today、Biomaterials、ACS Nano、Nano Letter、Adv Funct Mater、Adv Science、Chem Materなどの主要ジャーナルに220本以上のSCI論文を発表し、引用回数は14,000回以上（Web of Sciences検索）、h指数は71です。彼は、2015年から2020年まで6年連続で、Elsevierによって中国で最も引用されている学者の一人に選ばれました。彼は合計41件の特許を申請し、18件の中国特許と2件の米国特許を取得しており、そのうち12件の特許技術が会社に譲渡されています。

研究活動:

主に組織修復のための生体活性材料の3Dプリントの研究に従事。

（１）湿式化学法により新しいタイプのケイ酸塩生体活性セラミックスを調製し、骨組織工学、歯周組織工学、人工関節コーティングへの応用を検討した。初めて、Ca-Si-Mg、Ca-Si-Zn、Ca-Si-P、Ca-Si-Ti 系のケイ酸塩生体活性セラミックスが調製され、その物理的および化学的特性、骨/歯の細胞相互作用、および生体内の骨形成と歯形成の生物学的効果が研究されました。これらの研究により、骨、歯周組織工学、人工関節コーティング用の新しいケイ酸塩バイオセラミックシステムが予備的に確立されました。特許技術のうち2つは当社に譲渡されており、産業化される予定です。

△新しいケイ酸塩セラミックスは幹細胞の骨形成および歯形成の分化を促進した（2）多機能秩序化メソポーラス生体活性ガラスの骨、軟骨、歯周組織工学および薬物送達への応用が研究された。さまざまな治療用イオンと薬物送達の全身的効果が体系的に研究され、骨、軟骨、歯周組織の工学に応用され、多機能性が実現されました。これらの研究は、再生医療や抗腫瘍用途における新しい多機能ナノスキャフォールド材料の探索の基礎を築きました。

△典型的なメソポーラス生体活性ガラス足場は、マクロポーラス（a）と秩序だったメソポーラス（b）構造を持っています（3）3次元印刷技術は、高強度、高秩序、高度に制御可能な細孔分布と細孔構造を備えたバイオガラスとセラミックの足場材料を調製するために使用され、それらは薬物送達と骨組織工学に使用されています。この新しい方法は、骨組織工学用の無機分解性足場を調製する際の一般的な問題（脆さが高い、強度が低い、加工性が低い、二次焼結が必要である）を解決します。

△3Dプリント技術を活用し、高強度、高秩序、細孔分布と細孔構造を高度に制御可能なバイオガラス足場材料を作製します。
（4）生体材料の免疫調節性骨形成とその関連メカニズムについて検討した。生体活性セラミックスの免疫調節効果と骨形成への影響を研究することにより、骨修復およびインプラント材料の生体活性評価を確立するための新しい方法とアイデアが提供されます。

△バイオセラミックスは免疫細胞を調節することで骨髄間質細胞の骨形成分化を調節する
業種選択:

1996年、呉成鉄は大連理工大学に入学し、無機非金属材料を専攻しました。それ以来、彼は「材料」という言葉と結びついています。彼が大学院で研究を続けていたとき、彼の指導教官は大連医科大学とバイオチップと呼ばれる共同プロジェクトを行っていました。これは材料と生物学を組み合わせた分野です。彼の指導教官は彼にこの方向を選び、それが彼のその後の進路に影響を与えました。修士号を取得した後、彼は現在勤務している中国科学院上海陶磁器研究所に進み、さらに研究を進め、生体材料の博士号を取得しました。ここで、呉成鉄は生物学と材料を組み合わせています。

2006年初めに博士号を取得した後、オーストラリアのシドニー大学、クイーンズランド工科大学、ドイツのドレスデン工科大学に留学し、6年間研究に従事し、その間に3Dプリンティングと「出会った」。このようにして、彼の研究分野の 3 つの要素がすべて存在します。

「私が今取り組んでいるのは、3Dプリンティング、材料、生物学が交差する分野です」とウー・チェンティエ氏は語った。

彼の意見では、学際的な研究は単一分野の研究よりも難しいが、多くの分野が単一方向に発展することは行き詰まりに達しており、学際的な研究を通じてのみ科学の発展を促進できる。

呉成鉄氏は、長年にわたり生物学、材料学、3Dプリンティングの3つの分野のあらゆる側面について多くのことを学んできたと語り、ゆっくりと知識を蓄積し、発展の見通しに楽観的だったため、この学際的な分野を思い切って選んだと語った。

「デジタル製造は中国にとって重要な発展方向であり、ボトルネック産業です。人間の健康に関係しており、中国もこれを非常に重視しています。また、世界でも研究のホットスポットです。」彼は、中国が高齢化社会に突入しており、臨床需要が非常に大きいことを指摘した。「中国の整形外科産業市場は非常に大きいです。私たちが直接製造する材料は、整形外科、歯科、皮膚科の臨床用途向けです。」

呉成鉄氏のチームが作った生体活性セラミックスの中には、人間の幹細胞を活性化させて骨や歯、血管に成長させることができるものがあると報告されている。簡単に言えば、生命のないセラミック材料を生きた骨、臓器、または組織に変えます。

参考文献:

DT新素材：医療分野における3Dプリント技術の最新進歩
中国ニュースネットワーク：若手科学者の呉成鉄氏：3D プリントを使用して材料に「命」を与え、臨床医療のニーズを満たす
中国科学院上海珪酸塩研究所
中国パウダーネットワーク

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