這篇在《Nature》上發表的論文，其目標設定可謂是一項前所未有的挑戰。在此之前，盡管科研人員為此付出了數十年的辛勤探索，但始終未能實現顯著的突破。軟骨，這個生物體中的神奇存在，既堅硬又富有韌性，堪稱自然界的奇跡。正是這種特殊的性質，讓它成為我們身體中的“減震器”，在我們奔跑、跳躍時，承受并分散著巨大的能量，守護著我們的骨組織和肌肉組織不受損傷。然而，當軟骨遭受嚴重且不可逆的損傷時，患者的生活質量將不可避免地受到嚴重影響。

因此，材料科學家們一直在努力探索替換軟骨的可能性。他們試圖制造出一種人工支架，其性質盡可能接近天然軟骨，以期在生物降解的過程中幫助軟骨自我再生。然而，這個過程并不簡單，因為人造材料往往難以同時兼具剛度和韌性。堅硬的材料往往容易脆裂，無法與天然軟骨相提并論。面對這樣的困境，科學家們開始轉向大自然尋求啟示。傅凌嵐在接受《中國科學報》采訪時說：“原生軟骨之所以既堅硬又韌性，很大程度上是因為其內部的蛋白質和其他分子形成的相互纏繞的網絡結構。這種分子鏈的纏結有助于耗散能量，同時增強材料的強度。因此，我們決定嘗試在蛋白質水凝膠網絡中引入鏈纏結，以模仿軟骨的這種結構和性質。” 與傳統的聚合物水凝膠相比，蛋白質水凝膠具有更好的生物相容性，更容易在生物體內降解。更重要的是，我們還可以通過基因工程技術精確控制蛋白質序列，從而引入具有特定功能的蛋白質基團。這樣的嘗試不僅為軟骨再生提供了新的可能性，也為人類醫學的發展注入了新的活力。

傅凌嵐向我們揭示了一個令人振奮的科研突破。你知道嗎，過去我們所熟悉的蛋白質水凝膠，大多都顯得柔軟無力，這極大地限制了它們在實際應用中的潛力。但傅凌嵐和他的團隊不甘于此，他們決心打破這個局限。想要讓水凝膠變得堅硬，他們首先需要引入鏈纏結。然而，傳統的串聯球狀蛋白鏈長并不足夠，使得分子間的纏結成為了一個難題。面對這樣的挑戰，他們不得不尋找新的方法。于是，他們巧妙地對串聯球狀蛋白進行了化學解折疊。這個過程就像解開一團復雜的毛線球，讓原本緊湊的肽鏈得以舒展，變得更加細長。

這些伸展開的肽鏈，仿佛無數條細細的絲線，相互交織、纏結，使得材料的物理交聯密度大大增加。但這還不是終點。他們進一步利用光化學交聯和蛋白質復性等先進手段，對材料進行了精細的調控和優化。這樣的處理不僅使得蛋白質網絡更加緊密，而且賦予了材料更強的韌性和抗疲勞性。想象一下，當受到外力作用時，這些原本折疊的蛋白就像彈簧一樣，通過解折疊吸收能量，使得整個材料更加堅韌而不易破裂。這樣的設計，使得他們最終獲得了一種既堅硬又具有韌性的新型蛋白質水凝膠。令人矚目的是，這種新材料的硬度相比天然蛋白交聯后的軟材料提高了驚人的40倍！而且，它的壓縮模量更是高達1.7 MPa，這與我們身體中的軟骨組織相媲美。

更令人興奮的是，這種水凝膠在經過600多次的反復快速壓縮后，依然保持著出色的性能，沒有出現明顯的疲勞和損傷。“這個結果讓我們非常振奮！”傅凌嵐難掩激動之情。確實，這一突破不僅為我們打開了一個全新的材料應用領域，更為未來生物材料的發展提供了無限可能。

傅凌嵐與導師李宏斌合影

在充滿希望的2020年，他們曾懷揣著對科學的熱愛，滿懷激情地將這項革命性的研究成果投向了全球頂尖的學術期刊Nature。然而，命運似乎給他們開了一個小小的玩笑，他們的稿件并未獲得預期的認可，遭到了拒稿的待遇。不過，值得一提的是，三位審稿人都對這個新材料展現出了濃厚的興趣，他們期待能在生物體內親眼見證這種材料修復軟骨的神奇效果。對于課題組而言，這無疑是一個巨大的挑戰。畢竟，他們過往的經驗中鮮少涉及動物實驗這片神秘的領域。但正是這次挑戰，讓他們看到了突破自我、探索新知的機遇。于是，李宏斌教授毅然決然地接受了這個挑戰，他決定帶領團隊迎難而上，勇攀科研高峰。為了驗證新材料在生物體內的效果，他們與南京大學醫學院附屬鼓樓醫院的蔣青教授團隊緊密合作，利用兔子構建了動物實驗模型。兩年的漫長探索與無數次的實驗嘗試，終于迎來了令人振奮的喜訊。在膝關節軟骨受損的兔子體內植入蛋白水凝膠后，僅僅12周的時間，這些兔子的膝關節軟骨便展現出了明顯的再生跡象。研究人員進一步檢測了這些新生組織，發現它們的理化性質與天然軟骨極為相似。更為驚喜的是，兔子體內既未出現未降解的凝膠殘留物，也未產生任何排異反應。這一發現無疑為新材料在生物體內的應用提供了有力的支持。有趣的是，在探索過程中，他們發現軟骨的再生效果與蛋白質水凝膠的硬度之間存在著一種比想象中更為復雜的關聯。偏硬的凝膠似乎比偏軟的凝膠在修復軟骨方面效果更好，這可能是因為較高的硬度使得凝膠與骨骼和軟骨組織的相容性更佳，從而為身體提供了有效的再生線索。然而，當水凝膠的硬度過高時，修復效果卻會受到影響，可能是因為這樣的凝膠在體內降解速度過慢。在補充了完整的動物實驗結果后，他們信心滿滿地將論文重新提交給了Nature。這一次，他們的努力終于得到了認可，論文很快便通過了審稿。李宏斌教授笑談道：“動物實驗確實比一般的材料學研究周期要長得多。我們在第一次被拒稿后，整整補了兩年的動物實驗才得到這個結果。但這一切都是值得的，因為我們為科學界帶來了一個全新的突破。”

傅凌嵐