杨健：柠檬酸“魔法师”的科研之路

在被蝉鸣与热浪笼罩的夏季，一杯冰镇柠檬茶的清爽总能瞬间抚平燥热。而正是这种寻常水果中存在的有机酸，正在书写着现代医学的传奇。

杨健，美国医学与生物工程院会士（2016），美国生物医学工程协会会士（2020），美国科学促进会会士（2021），国际医学与生物工程院会士（2023），美国国家发明家科学院院士（2018）；曾任美国德克萨斯大学阿灵顿分校生物工程系终身副教授，宾夕法尼亚州立大学生物医学工程系任终身教授。2023年7月，杨健全职加入西湖大学，任生物材料及再生工程讲席教授

从食品添加剂到生命修复：柠檬酸材料的革命性突破

寻常的白色结晶粉末，分子式写作C6H8O7，这是有机酸柠檬酸在现实世界和化学世界里的面孔。天然的柠檬酸广泛存在于诸如柠檬、柑橘、菠萝等水果里，或是动物的骨骼、肌肉和血液之中。同时，也可以使用砂糖、糖蜜、淀粉等含糖物质发酵合成人工的柠檬酸。比如我们熟悉的雪碧汽水里并没有柠檬原料，却带有酸甜可口的柠檬味，就是柠檬酸的功劳。

因为柠檬酸本身存在于人体中，是人体代谢的中间产物，它无与伦比的一个优点就是能够与人体“和谐共存”——“把它放到人体体内，基本上不会产生慢性炎症，而一般人工合成的高分子产品都会引起人体组织的排异反应。”杨健说。

那么，当我们从体外“输入”柠檬酸（即外源柠檬酸）时，又会发生什么情况？它会和人体内自带的柠檬酸一样影响细胞的行为，进而参与生命活动的进程吗？

2003年初，杨健去美国进行博士后研究，开始尝试用柠檬酸来开发可降解生物材料，不承想就是那一年提出的“好奇之问”和“无心插柳”，开辟出一个全新的领域。

“细胞都需要代谢，但不同细胞对代谢、能量的要求，在不同时间点上，都是不一样的。细胞‘吃’进后，柠檬酸可以调控细胞里的代谢，调控能量的获取。因此，通过调控柠檬酸的摄入，我们就能影响细胞的这些行为，从而进一步在更深层面上调控干细胞分化及免疫反应，促进骨骼再生、血管再生、神经增生……”杨健解释说。

柠檬酸魔法师的“外挂”之路就此开启。杨健成为这一领域的开创者和引领者，创建了柠檬酸生物材料开发方法论，开发了一系列多功能柠檬酸生物材料，并将诸多发现付诸应用，包括人体组织的再生与修复、生物影像、生物传感器、汗液检测、疾病诊断、癌症药物的控制释放、癌症药物输送的检测、防伪加密等。

2020年，美国食品药品监督管理局（FDA）批准了两款以一种名为POC的柠檬酸可降解材料制备的骨科植入器械，紧接着2021年FDA批准了第三款基于POC的骨科植入器械。POC是世界上第一个也是目前唯一一个获得美国FDA授权可在人体植入器械中使用的热固性可降解合成高分子材料，而它，正是杨健的“作品”——从最初在美国西北大学做博士后开始，一路走到得克萨斯大学阿灵顿分校、宾夕法尼亚州立大学，经过近17年的打磨，最终成功走向产业化。

用自己的研究让世界变得更好，这一刻，杨健成就感满满。

科学机缘：偶然发现背后的必然逻辑

1974年生于江西万载的杨健，中小学时期并非传统意义上的学霸。大学前的他成绩中上，但更享受与朋友们探索世界的乐趣。正是这种开放包容的个性，为他后来从事跨学科研究埋下了伏笔。

在南昌大学攻读硕士期间，杨健在导师李凤仪指导下完成首次科研启蒙：为解决有机硅催化剂工业化难题，他独自背着蛇皮袋辗转江苏工厂，这段经历让他领悟到“实验室成果必须经受现实考验”。2002年进入中科院化学所后，师从生物材料泰斗王身国教授，他开始系统构建生物材料研究体系。2003年赴美深造期间，导师Guillermo Ameer的前瞻性思维进一步拓宽了他的学术视野。

重要的转折发生在2006年。当团队试图合成抗凝血材料时，一个偶然现象改变了研究轨迹——试管中的柠檬酸-氨基酸复合物在阳光下发出幽蓝荧光。彼时学界普遍认为，可降解高分子材料无法自体发光。这个被多数人忽视的“异常数据”，却被杨健敏锐捕捉。历时三年攻关，团队在《美国科学院院刊》发表突破性成果：首次证实柠檬酸基材料具备本征发光特性，由此开创“自发光生物材料”新领域。该发现不仅使创伤修复可视化成为可能，更衍生出新型防伪加密技术。

“所谓科学机缘（scientific serendipity），本质是长期积累后的顿悟。”杨健总结道。从万载县走出的青涩学子到美国国家发明家科学院院士，他始终保持着对未知领域的好奇：在学术会议上主动“搭讪”不同领域专家，坚持每周精读文献，实验室永远为非常规实验保留资源。这种开放进取的科研哲学，使其团队斩获22项美国专利，其中15项完成技术转化。

群贤毕至：西湖大学打造再生医学新高地

早在西湖大学的前身西湖高等研究院成立时，杨健就开始关注了。“非常认可这样的办学模式，施一公老师非常有情怀，学校、基金会的新闻也非常鼓舞人。”杨健说。

通过开发系列代谢调控可降解生物材料来调控干细胞代谢和分化、做组织器官的再生，是杨健在业内最早提出来的思路。从组织与器官的再生和修复、生物传感器、生物影像到药物输送，再到疾病诊断……这些再生医学的子领域，都是他的擂台。

“生物材料是一个学科高度交叉和融合的领域，它也是一个永远做不完的方向，应用也非常广泛。我的特点是能够把生物材料交叉结合到很多不同的学科领域，包括表观遗传、基因编辑、免疫治疗、神经工程、生物传感、生物影像、干细胞分化的调控等，每一个交叉领域都很有前景。” 杨健说。

但他最终的梦想，是以柠檬酸为材料，完成人体复杂组织和器官的修复和再造。显然，这不是一个人、一个实验室的战斗。

“人体里有很多复杂的组织，比如整个手部的再造，非常难，手掌里有皮肤、软骨、骨、神经、血管、脂肪、肌腱、韧带等各种各样的组织。一些单一组织的再生修复其实目前都取得了不少突破，但要把所有这些部分整合成一个具有活力和功能的复杂组织，非常有挑战性。”杨健解释说。而这，正是他选择西湖大学的意义。在西湖大学这个中国高等教育改革的试验田，这位柠檬酸“魔法师”正与全球顶尖学者共同书写再生医学的新篇章。

“中国是最适合强强联合、集中力量办大事的地方，而西湖大学是助力我的梦想走向现实的最好平台。”杨健愿意在这一群学者中，承担轴承的角色——他对这样的角色很熟悉，他曾作为主要发起人之一参与创建了美国华人生物材料协会，并担任了4年的会长，懂得如何把相似科研领域的教授们集合起来，形成合力。

正如他在入职寄语中所说：在这里，群贤毕至，未来可期。

责任编辑：周莹莹

“人体里有很多复杂的组织，比如整个手部的再造，非常难，手掌里有皮肤、软骨、骨、神经、血管、脂肪、肌腱、韧带等各种各样的组织。一些单一组织的再生修复其实目前都取得了不少突破，但要把所有这些部分整合成一个具有活力和功能的复杂组织，非常有挑战性。”杨健解释说。而这，正是他选择西湖大学的意义。在西湖大学这个中国高等教育改革的试验田，这位“柠檬酸魔法师”正与全球顶尖学者共同书写再生医学的新篇章。