何種抗癌方案更精準(zhǔn)？芯片之上，“迷你腫瘤”破壁試藥；離體心臟“遠(yuǎn)行”，告別冬眠，入駐恒溫“智能生命艙”……在河南省醫(yī)學(xué)科學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱“省醫(yī)科院”），這些曾停留于實(shí)驗(yàn)室的前沿突破，正加速涌向臨床應(yīng)用的疆場(chǎng)。
2023年7月15日，省醫(yī)科院重建揭牌。兩載耕耘，一批著眼未來(lái)的前瞻性項(xiàng)目在此生根：有的蓄勢(shì)待發(fā)，沖刺臨床轉(zhuǎn)化的終點(diǎn)線；有的已邁出實(shí)驗(yàn)室，牽手醫(yī)院開啟人體驗(yàn)證。
值此重建兩周年之際，記者探訪這座崛起中的醫(yī)學(xué)AI與人才高地，解碼多個(gè)實(shí)驗(yàn)室里孕育的醫(yī)學(xué)“黑科技”，探尋尖端科技如何重塑生命律動(dòng)。
心臟轉(zhuǎn)運(yùn)有了“智能豪宅”
心臟移植手術(shù)是挽救終末期心臟病患者的最后希望，當(dāng)一顆心臟需要“搬家”到另一個(gè)患者體內(nèi)時(shí)，它能在體外“旅行”多久還能保持生命力？目前技術(shù)條件下的答案是，4至6小時(shí)。
然而，省醫(yī)科院電生理所的科研工作者正在改寫這一現(xiàn)狀。他們研發(fā)出一套新的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)——離體心臟溫血轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，就像為心臟建造了一座移動(dòng)的“智能豪宅”，讓心臟在體外環(huán)境中存活時(shí)長(zhǎng)時(shí)限延長(zhǎng)數(shù)倍。
在心臟移植領(lǐng)域，時(shí)間就是心肌細(xì)胞的生命。現(xiàn)行主流的冷藏轉(zhuǎn)運(yùn)技術(shù)就像讓心臟進(jìn)入“冬眠”狀態(tài)：將心臟浸泡在4℃—8℃保存液中，通過(guò)低溫抑制代謝來(lái)爭(zhēng)取時(shí)間。但這種“冷藏保鮮”模式存在明顯局限——溫度波動(dòng)可能造成心肌損傷。
“我們不再讓心臟‘休眠’，而是幫助它保持‘清醒狀態(tài)’。”省醫(yī)科院電生理研究所所長(zhǎng)郝國(guó)梁解釋。新系統(tǒng)通過(guò)持續(xù)灌注特制保護(hù)液，讓離體心臟在34℃—36℃的接近生理溫度下維持跳動(dòng)，就像給心臟建造了一個(gè)帶著生命支持系統(tǒng)的“移動(dòng)房間”。
這個(gè)“生命艙”有何神奇之處？
“首先，精密控溫系統(tǒng)將溫差控制在±0.5℃范圍內(nèi)，避免傳統(tǒng)冷藏的溫度波動(dòng)；其次，特制保護(hù)液含有氧合載體、能量底物等30余種成分，相當(dāng)于為心臟準(zhǔn)備的‘全營(yíng)養(yǎng)餐’。”研發(fā)人員馬飛說(shuō)，更值得期待的是，內(nèi)置傳感器可監(jiān)測(cè)心臟電活動(dòng)、冠脈流量、乳酸值等多項(xiàng)指標(biāo)，就像給心臟佩戴了移動(dòng)的“智能心電圖”，心臟健康與否，一目了然。
7月8日，在省醫(yī)科院電生理研究所，記者見到了這個(gè)被科研人員親切稱為“新房子”的裝置。它外形酷似登機(jī)箱，卻裝著精密的生命支持系統(tǒng)。
“這兩個(gè)顯示屏，一個(gè)是固定的，一個(gè)是可以取下來(lái)的。”馬飛說(shuō)，顯示屏可以實(shí)時(shí)顯示心臟的“健康數(shù)據(jù)”，一旦指標(biāo)異常，系統(tǒng)會(huì)立即報(bào)警，讓醫(yī)生能及時(shí)干預(yù)。
目前，該系統(tǒng)已在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中取得突破性進(jìn)展。馬飛說(shuō)，近日，他們運(yùn)用該系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)了一顆豬心臟，數(shù)據(jù)顯示，這顆離體豬心在24小時(shí)后仍保持良好功能狀態(tài)。
“未來(lái)，我們會(huì)模擬直升機(jī)運(yùn)輸、公路顛簸等真實(shí)場(chǎng)景。”郝國(guó)梁教授透露，團(tuán)隊(duì)下一步將開展更多動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，為臨床應(yīng)用鋪路。
在郝國(guó)梁看來(lái)，每一顆被成功保存的心臟，背后都是一個(gè)有機(jī)會(huì)獲得新生的生命。未來(lái)，隨著技術(shù)不斷突破，心臟移植不再受地域限制，不再被時(shí)間緊迫所困擾。那時(shí)，更多的患者將有機(jī)會(huì)獲得這份珍貴的“生命禮物”。
“生命魔盒”初顯身手
一個(gè)手機(jī)大小的白色盒子，靜臥在河南省醫(yī)學(xué)科學(xué)院AI+類器官芯片平臺(tái)實(shí)驗(yàn)室。別小看它，這個(gè)被稱為“器官芯片”的“魔盒”，正孕育著對(duì)抗癌癥的新希望。
如今，這項(xiàng)前沿技術(shù)已走出實(shí)驗(yàn)室，真正開始幫助河南的癌癥患者挑選最有效的治療方案。
7月9日，該平臺(tái)負(fù)責(zé)人謝鑫告訴記者，今年5月，他們與省腫瘤醫(yī)院合作，啟動(dòng)了一項(xiàng)針對(duì)難治、復(fù)發(fā)婦科腫瘤的研究，標(biāo)志著國(guó)內(nèi)首個(gè)集成類器官芯片與人工智能圖像分析的精準(zhǔn)醫(yī)療平臺(tái)正式邁入臨床驗(yàn)證階段。
這項(xiàng)研究計(jì)劃招募200位晚期卵巢癌、宮頸癌、子宮內(nèi)膜癌或子宮肉瘤的患者，研究周期預(yù)計(jì)1—2年。研究人員會(huì)利用患者手術(shù)樣本或者腹腔積液樣本，在“器官芯片”上培養(yǎng)出“迷你腫瘤”，然后借助器官芯片3D成像和AI系統(tǒng)分析這些“迷你腫瘤”對(duì)不同藥物的反應(yīng)，從而篩選出針對(duì)患者最可能有效的個(gè)體化治療方案。
目前，已有13位患者受益，50歲的翠燕（化名）就是其中一位。她患有復(fù)發(fā)性漿液性卵巢癌，一個(gè)月前剛做完腫瘤切除手術(shù)，醫(yī)生提供了五種可能的用藥方案，但哪種對(duì)她最有效、副作用最?。總鹘y(tǒng)的“以身試藥”方式風(fēng)險(xiǎn)高、耗時(shí)長(zhǎng)。
隨后，她手術(shù)切除下來(lái)的腫瘤組織，被送到了省醫(yī)學(xué)科學(xué)院“AI+類器官芯片平臺(tái)”實(shí)驗(yàn)室，研究人員立刻開始工作。
“我們先將腫瘤組織解離，提取出活的癌細(xì)胞，然后將它們‘種’到芯片上不同的格子中培養(yǎng)。”謝鑫說(shuō)，芯片內(nèi)部模擬了人體環(huán)境，提供氧氣和營(yíng)養(yǎng)液，一周左右，這些細(xì)胞便能生長(zhǎng)成微小的細(xì)胞團(tuán)——這就是“類器官”，可以看作是患者腫瘤的“替身”。
關(guān)鍵時(shí)刻來(lái)臨，研究人員依據(jù)醫(yī)生提供的五種候選方案，開始向不同的“迷你腫瘤”中添加不同的抗癌藥物并分組。4天后，利用3D成像與AI技術(shù)，科研人員對(duì)芯片上各組“迷你腫瘤”的變化進(jìn)行精密分析，計(jì)算不同藥物方案的抑瘤效果。
“這個(gè)過(guò)程我們會(huì)重復(fù)2—3次，確保結(jié)果可靠。”謝鑫說(shuō)。最終，清晰的數(shù)據(jù)顯示，第三種用藥方案對(duì)翠燕的“迷你腫瘤”效果最好，相對(duì)抑瘤率達(dá)到了71%。這個(gè)結(jié)果，為臨床醫(yī)生制定精準(zhǔn)、高效的治療方案提供了強(qiáng)有力的科學(xué)依據(jù)。
“以前，判斷某個(gè)藥對(duì)病人是否有效，往往需要病人親身去試，可能承擔(dān)無(wú)效治療甚至毒副作用的痛苦。”謝鑫感慨，有了器官芯片技術(shù)，患者便能在體外，用自己的“迷你腫瘤”提前“試藥”，大大提高了治療的精準(zhǔn)性和成功率。
這項(xiàng)“AI+類器官芯片”技術(shù)，融合了生物學(xué)、材料科學(xué)、工程學(xué)和人工智能，曾被國(guó)際頂級(jí)期刊《科學(xué)》雜志列為“十大新興技術(shù)”之一。它不僅為腫瘤患者帶來(lái)了福音，更有望改變新藥研發(fā)模式，替代部分動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，因?yàn)閯?dòng)物和人體環(huán)境不同，而“迷你腫瘤”能更準(zhǔn)確地反映藥物對(duì)人體的真實(shí)效果。
看著實(shí)驗(yàn)室里忙碌的景象和那些靜默的器官芯片，謝鑫充滿信心：“這只是個(gè)開始。‘生命魔盒’潛力巨大，未來(lái)在新藥研發(fā)、基因治療、對(duì)抗衰老疾病等多個(gè)領(lǐng)域，都將大有作為。我們的目標(biāo)，就是讓這些尖端科技更快、更廣泛地造?；颊?。”
河南迎來(lái)“綠色催化劑”
7月9日，在省醫(yī)科院醫(yī)研園中原納米酶實(shí)驗(yàn)室中試基地內(nèi)，一條生產(chǎn)線正滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，兩名身穿白大褂的科研人員穿梭其間，不時(shí)查看數(shù)據(jù)儀表。
這是全球首條納米酶中試生產(chǎn)線，兩個(gè)月前正式投入使用，標(biāo)志著納米酶技術(shù)邁出了從實(shí)驗(yàn)室研發(fā)走向產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵一步。
“基地總共有4條生產(chǎn)線，目前其中3條已經(jīng)投產(chǎn)。”中原納米酶實(shí)驗(yàn)室執(zhí)行主任孫國(guó)明介紹，4條生產(chǎn)線全部啟用，年產(chǎn)能可達(dá)30噸。
中試基地生產(chǎn)線的核心作用是驗(yàn)證和優(yōu)化生產(chǎn)工藝，為實(shí)驗(yàn)室技術(shù)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)鋪平道路。其主要通過(guò)工藝流程優(yōu)化、小批量試制生產(chǎn)及安全性驗(yàn)證，通過(guò)放大試驗(yàn)規(guī)模來(lái)評(píng)估技術(shù)的可行性，為后續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)提供堅(jiān)實(shí)數(shù)據(jù)支持。
納米酶，作為一種具有特殊催化性能的納米材料，近年來(lái)備受關(guān)注。它不僅能模擬天然酶的活性，還具有更高的穩(wěn)定性與更低的成本，因此在生物醫(yī)藥、畜牧業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用潛力。
中原納米酶實(shí)驗(yàn)室成立于2023年10月。目前，實(shí)驗(yàn)室率先完成技術(shù)轉(zhuǎn)化、從“書架”走向“貨架”的產(chǎn)品是農(nóng)業(yè)納米酶，該技術(shù)能在常溫常壓下高效催化空氣氮還原為氨，大幅提升植物氮素利用效率，在作物增產(chǎn)、抗病蟲害增強(qiáng)、土壤連作障礙消減等方面效果顯著。
今年3月，這項(xiàng)技術(shù)在河南本土小麥田、黃泛區(qū)農(nóng)場(chǎng)鹽堿地以及一些青菜園中率先進(jìn)行田間試驗(yàn)。5月底的試驗(yàn)結(jié)果令人振奮：與常規(guī)施肥對(duì)照組相比，普通耕地小麥平均增產(chǎn)13.8%，鹽堿地小麥平均增產(chǎn)12.9%，上海青更是實(shí)現(xiàn)了20.6%的增長(zhǎng)。
“農(nóng)業(yè)納米酶的核心價(jià)值在于實(shí)現(xiàn)雙贏。”孫國(guó)明說(shuō)，“它既能減少30%的氮肥使用，又能同步提升作物產(chǎn)量8%~18%。”這為河南扛穩(wěn)糧食安全重任、建設(shè)農(nóng)業(yè)強(qiáng)省提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)室規(guī)劃，未來(lái)三年內(nèi)，農(nóng)業(yè)納米酶技術(shù)將推廣覆蓋河南2000萬(wàn)畝耕地，預(yù)計(jì)2026年，該技術(shù)將實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)與應(yīng)用。
在中試基地展覽柜前，孫國(guó)明拿起一瓶用于畜牧業(yè)領(lǐng)域的納米酶產(chǎn)品進(jìn)行介紹。
“真菌毒素是一類由真菌產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物，常見于玉米、小麥等谷物中，因其結(jié)構(gòu)中的穩(wěn)定環(huán)氧基團(tuán)與弱極性特性，難以被常規(guī)飼料加工工藝及吸附劑有效清除，已成為全球養(yǎng)殖業(yè)面臨的嚴(yán)重污染源。”孫國(guó)明解釋道，“豬食用含有真菌毒素的飼料后會(huì)引起腹瀉等問(wèn)題，而我們的納米酶能夠高效降解飼料中的真菌毒素，將霉變糧轉(zhuǎn)化為安全飼料，這不僅顯著降低了養(yǎng)殖業(yè)對(duì)抗生素依賴性和環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，還有效促進(jìn)了豬只的健康成長(zhǎng)，提高了養(yǎng)殖效率。”
此外，實(shí)驗(yàn)室在醫(yī)用領(lǐng)域也取得突破：基于納米酶技術(shù)的抗菌敷料已進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段，其衍生的抗菌材料未來(lái)可應(yīng)用于無(wú)菌衣物、抗菌手機(jī)殼等日常用品。
實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)新實(shí)力已獲全球矚目——其核心納米酶技術(shù)入選2025夏季達(dá)沃斯論壇“十大新興技術(shù)”榜單。
展望未來(lái)，孫國(guó)明表示，實(shí)驗(yàn)室將持續(xù)深化研發(fā)，加強(qiáng)與各方合作，加速推進(jìn)納米酶技術(shù)在農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，為河南乃至全國(guó)的科技創(chuàng)新與經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展注入新動(dòng)能。
記者觀察
探訪醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室里的創(chuàng)新密碼
□本報(bào)記者 李曉敏
中試基地生產(chǎn)線低沉的嗡鳴、實(shí)驗(yàn)室顯微鏡下幽微閃爍的熒光……行走在重建兩周年的河南省醫(yī)學(xué)科學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱“省醫(yī)科院”），撲面而來(lái)的不僅是尖端科技的冷峻氣息，更有一股蓬勃的創(chuàng)新脈動(dòng)。
兩年前的那個(gè)夏天，省醫(yī)科院在鄭州航空港區(qū)重新起航；如今，這里已成為醫(yī)學(xué)創(chuàng)新的“苗圃”，一項(xiàng)項(xiàng)科研成果正從這里走向臨床，惠及百姓。
“看著自己的研究成果真正幫助到患者，是科研工作者最大的幸福。”省醫(yī)科院AI+類器官芯片平臺(tái)負(fù)責(zé)人謝鑫說(shuō)。在他身后，是省醫(yī)科院快速發(fā)展的科技成果轉(zhuǎn)化體系。
數(shù)字記錄著這里的成長(zhǎng)：兩年來(lái)，130項(xiàng)科研成果成功轉(zhuǎn)化，簽約金額近4億元。這些數(shù)字背后，是一個(gè)個(gè)惠及民生的創(chuàng)新項(xiàng)目——王寧利教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“伏羲慧眼”眼科AI系統(tǒng)即將在全省基層醫(yī)院推廣應(yīng)用，為百姓視力健康保駕護(hù)航；康復(fù)醫(yī)學(xué)研究所開發(fā)的“全鏈?zhǔn)?rdquo;智慧醫(yī)養(yǎng)模式已獲得93項(xiàng)專利。
更令人欣喜的是，創(chuàng)新的種子已在這里長(zhǎng)成產(chǎn)業(yè)森林：依托省醫(yī)科院的中原醫(yī)學(xué)科學(xué)城，已吸引89個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目落地，總投資近千億元，263家生物醫(yī)藥企業(yè)在此聚集，新增就業(yè)人口1.3萬(wàn)人，“全國(guó)最具投資潛力生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)新城”的稱號(hào)名副其實(shí)。
省醫(yī)科院的快速發(fā)展，得益于創(chuàng)新的體制機(jī)制。建院之初，省委、省政府就賦予其“一個(gè)法人四個(gè)權(quán)”：用人自主權(quán)讓頂尖團(tuán)隊(duì)快速集結(jié)；經(jīng)費(fèi)包干制讓科研設(shè)備采購(gòu)不再漫長(zhǎng)等待；成果轉(zhuǎn)化收益分配權(quán)激發(fā)科研人員創(chuàng)新熱情；技術(shù)路線決定權(quán)保障科研自由。同時(shí)采取有效措施，為青年人才開辟快速成長(zhǎng)通道——兩年來(lái)，已有2名35歲以下青年學(xué)者破格晉升研究員。目前，這里已聚集104個(gè)科研團(tuán)隊(duì)，科研人員從最初的幾十人增加到534人。
“我們要建設(shè)的不是封閉的學(xué)術(shù)殿堂，而是共享的公共科研平臺(tái)，以及開放的創(chuàng)新生態(tài)圈。”省醫(yī)科院負(fù)責(zé)人說(shuō)。當(dāng)科研人員能夠心無(wú)旁騖地投入研究，當(dāng)企業(yè)能夠便捷地獲得技術(shù)支持，當(dāng)河南百姓能用上本地研發(fā)的創(chuàng)新療法——這些正是省醫(yī)科院創(chuàng)新生態(tài)結(jié)出的碩果。
省醫(yī)科院的實(shí)踐告訴我們：只有通過(guò)改革釋放人才活力，通過(guò)生態(tài)建設(shè)匯聚創(chuàng)新要素，醫(yī)學(xué)科技才能真正造福人民。那些實(shí)驗(yàn)室里的新發(fā)現(xiàn)、新技術(shù)，終將成為守護(hù)百姓健康的堅(jiān)實(shí)力量。
