围绕肿瘤特异的代谢异常改变，取得了系列重要成果，发现癌基因cMyc通过microRNA mir
国际上首次实现了转录因子介导的原代细胞的细胞重编程，证明了终末分化细胞的可塑性，为iPS细胞重编程的实现奠定了基础，揭示了表观遗传修饰对造血干细胞自我复制及分化的调控机制以以及白血病干细胞对表观遗传基因EZH2的特异性依赖，为相关白血病治疗提供了一个新的治疗靶点。
建立了高效高纯度的胚胎干细胞肝细胞分化体系，分化的肝细胞纯度超过98%，功能与新鲜分离的人原代肝细胞相当；移植的分化肝细胞在小鼠肝脏失去功能的情况下可长期维持小鼠的生命，分化的肝细胞具有显著体内治疗效果。建立了规划化胚胎干细胞扩增和分化的体系，分化的肝细胞纯度、功能及规划化制备等方面工作已经达到产业化的程度。研究成果发表在Stem Cells, Stem Cells Translational Medicine等。
针对生物医学材料的设计与研发，提出“生物适配”创新科学理念，初步形成生物适配机制理论体系；提出组织缺损精确修复成套技术，实现对病患组织精确诊断、精确切除和个性化精确修复重建；仿生制备出磷酸钙类生物活性骨修复体，在国际上率先研制出大缺损骨再生修复材料，实现工程化，解决了大段承重骨再生修复国际难题，获得国家Ⅲ类产品注册证，欧盟CE认证，在国内超过20万例病人临床使用，在欧盟、土耳其、哥伦比亚、南非等国家临床应用数千例，获国家技术发明奖、日内瓦国际发明奖等多项奖项，发表包括Science在内的高水平研究论文100余篇。
提出了肿瘤细胞外基质微酸性响应载体材料设计思想，建立了多重响应性的“多步级联”药物载体系统，协同增强药物递送效果，应用于提高聚乙二醇-聚乳酸高分子纳米粒递送核酸药物的效率，并与企业合作进行临床转化，在Sci Transl Med、PNAS等发表论文，荣获国家自然科学奖二等奖等奖项。获得了透皮增强肽TD-1，有效帮助胰岛素、生长激素等蛋白质药物透过皮肤屏障，被著名专家Prausnitz教授命名为“肽伴侣”，成果发表在Nature Biotechnology，入选2006中国基础研究十大新闻，并实现转化。
基于医学影像数据，以临床实践需求为驱动，借助现代信息技术手段实现医学影像数据挖掘，结合临床数据、基因数据参与和支持临床决策，与国际领先水准团队实现了并跑水平。先后获得科技部重点研发计划项目、国家自然基金项目及广东省重点研发计划项目。立足诊疗精准评估重大临床需求，聚焦量化评估，开展基于影像组学的恶性肿瘤量化研究，发表影像组学相关SCI论文100多篇，包括J Clin Oncol、Clin Cancer Research和Radiology等刊物，研究成果极大拓展了传统影像学检查在临床实践中的应用范围，为恶性肿瘤的个体化精准诊疗评估提供辅助手段；针对术中特定需求，开展了磁共振（MR）系统硬件设计研发工作，研制了不规则结构MR射频线圈，研发了专用质控体模。