先導(dǎo)細(xì)胞(玫紅色)引導(dǎo)造血干細(xì)胞(紅色)歸巢進(jìn)入血管微環(huán)境。
共聚焦顯微鏡活體觀察造血干細(xì)胞歸巢。
科研人員觀察斑馬魚。
潘巍峻和他的部分90后隊(duì)員。
剛剛過去的11月,42歲的中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究院研究員、中國科學(xué)院大學(xué)博士生導(dǎo)師潘巍峻迎來其科研生涯的“高光”時(shí)刻——帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)歷時(shí)6年,破解了一個(gè)公認(rèn)的世界級科學(xué)難題,在國際上首次揭秘新生造血干細(xì)胞在活動(dòng)物體內(nèi)的歸巢全過程,登上國際學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志。
《自然》雜志高級編輯兼團(tuán)隊(duì)帶頭人Natalie Le Bot給出這樣的評價(jià):“他們的研究,史無前例地揭示了造血干細(xì)胞是如何在活動(dòng)物體內(nèi)實(shí)現(xiàn)歸巢的?!敝袊茖W(xué)院院士、中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院院長李林則告訴記者,“這一由中國科學(xué)家獨(dú)立完成的原創(chuàng)性成果,是細(xì)胞命運(yùn)可塑性研究在活動(dòng)物體的一項(xiàng)成功嘗試,在生命科學(xué)研究領(lǐng)域具有廣泛的借鑒意義?!?/p>
令人驚訝的是,做出這一成果的科研團(tuán)隊(duì),其平均年齡只有27.2歲。在11月舉行的成果發(fā)布會(huì)上,潘巍峻公布了他事先算好的這一數(shù)字,并頗為自豪地曬出了團(tuán)隊(duì)合影,上面洋溢著笑容和朝氣,“請大家看,這就是我和我的90后們!”
在接受中國青年報(bào)·中青在線記者采訪時(shí),潘巍峻說,他的身邊能夠凝聚這樣一批90后很讓人欣慰,“學(xué)術(shù)研究本身是一種值得回味的歷程,其本質(zhì)是對未知世界懷有興趣,即便百轉(zhuǎn)千折,始終不失勇氣、執(zhí)著與冷靜。而這些年輕人身上有這些特質(zhì)?!?/p>
鳳凰只有回到自己棲居的梧桐樹,才能行使其使命
走進(jìn)潘巍峻位于上海營養(yǎng)與健康研究院的實(shí)驗(yàn)室,首先映入眼簾的是五顏六色的紙條,黃色紙條寫著實(shí)驗(yàn)魚的出生日期,紅色紙條提示“多喂食”,白色紙條則寫著實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),這些琳瑯滿目的記錄之中,藏著一個(gè)和人們生活并不遠(yuǎn)的關(guān)鍵詞:造血干細(xì)胞。
所謂造血干細(xì)胞,是指血液系統(tǒng)中的“始祖細(xì)胞”,或者稱為“萬能細(xì)胞”。其神奇之處在于,造血干細(xì)胞具有自我更新能力,可以分化成為紅細(xì)胞、白細(xì)胞、血小板等各個(gè)類型細(xì)胞,因此,被廣泛應(yīng)用于血液、免疫和腫瘤等疾病的治療。
中科院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所研究員、中國科學(xué)院大學(xué)博士生導(dǎo)師景乃禾告訴記者,造血干細(xì)胞是最早應(yīng)用于臨床治療的一種干細(xì)胞。一個(gè)典型的例子就是白血病,這類疾病大部分原因歸根溯源就是造血機(jī)能出現(xiàn)障礙,隨著干細(xì)胞移植技術(shù)的不斷發(fā)展,白血病有望不再是人人聞之色變的“血癌”。
不過,這一切的前提是,造血干細(xì)胞的正確“歸巢”。
所謂“歸巢”,是指造血干細(xì)胞在循環(huán)中游走,尋找其最適宜的微環(huán)境的過程,而只有尋找到自己的“家”,干細(xì)胞才能有效地發(fā)揮其功能。潘巍峻打了個(gè)比方,“就好像鳳凰只有回到自己棲居的梧桐樹,才能行使自己的使命與功能。”
不過,有關(guān)造血干細(xì)胞如何歸巢,科學(xué)上知之甚少。
景乃禾說,骨髓移植通常會(huì)從供髓者中獲取幾千萬個(gè)細(xì)胞,這其中,造血干細(xì)胞約有幾百萬個(gè),而真正成功歸巢的造血干細(xì)胞則更少,客觀上造成了一定程度的細(xì)胞浪費(fèi)。
換句話說,一旦理解了造血干細(xì)胞的“歸巢”過程,就不再需要抽取如此眾多的細(xì)胞,可大大提升骨髓移植效率。
也因此,當(dāng)復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院血液科副教授陳彤第一次聽到造血干細(xì)胞歸巢成果的消息,“非常驚喜”,她希望這項(xiàng)成果能盡快應(yīng)用于臨床,“先導(dǎo)細(xì)胞可以為造血干細(xì)胞歸巢打開方便之門,這預(yù)示著今后可能在臨床上大幅提高造血干細(xì)胞移植的成功率。”
這也是為何潘巍峻團(tuán)隊(duì)要研究這一問題。
如果只會(huì)緊跟熱點(diǎn),無非是重新證實(shí)別人的重要性
目標(biāo)已經(jīng)明確:就是要摸清楚造血干細(xì)胞這只“鳳凰”的“歸巢”路線,以及其停留位置和時(shí)間的規(guī)律。
這其中的難點(diǎn)在于,造血干細(xì)胞“回家”是一個(gè)時(shí)間、空間跨度都相當(dāng)大的生命過程,已有的生物學(xué)研究系統(tǒng),都難以做到在宏觀和微觀水平同時(shí)解析該過程。
用潘巍峻的話說,顯微鏡只能解決“顯微”的問題,但生物體的生命過程是個(gè)宏觀現(xiàn)象,這一點(diǎn)又如何解決呢?
“這就好比上海的人民廣場堵車,并不是在人民廣場上架兩臺攝像頭就能解決的,而是要利用衛(wèi)星等手段,對周邊的交通狀況進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測,有了宏觀數(shù)據(jù)后,再聚焦堵車的重點(diǎn)區(qū)域,研究對策。”潘巍峻打了個(gè)比方。
他們決定先從研究方法上著手,摒棄傳統(tǒng)的研究系統(tǒng)。
這是一套全新的、可完整解析體內(nèi)造血干細(xì)胞歸巢全過程的研究體系,屬于潘巍峻團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)——采用可變色熒光蛋白,建立造血干細(xì)胞標(biāo)記系統(tǒng),在高分辨率共聚焦熒光顯微鏡下,可從宏觀到微觀,生動(dòng)呈現(xiàn)出新生造血干細(xì)胞歸巢全過程。
“這很大膽,沒有人這么做過?!?9歲的博士生薛文志,是這項(xiàng)研究成果的共同第一作者,也是潘巍峻回國后招收的第一批博士研究生。在他出生的年代,科學(xué)界就已經(jīng)對造血干細(xì)胞進(jìn)行研究,并有過多次進(jìn)展報(bào)道。最初他也和團(tuán)隊(duì)其他成員一起,沿用傳統(tǒng)方法,反復(fù)嘗試,但最終無果。
事后他感慨道,“我們是站在巨人的肩膀上尋找一個(gè)新的突破口,逐步得出新的結(jié)論,建立自己的研究體系,是一個(gè)螺旋上升的過程。盡管,這個(gè)過程很是坎坷?!?/p>
“走前人沒走過的路,必須冒險(xiǎn),這在科學(xué)探索上無可避免?!痹谂宋【磥恚热糁蛔隼^承過去的課題或者只會(huì)緊跟學(xué)術(shù)熱點(diǎn),到最后無非是重新證實(shí)別人的重要性,缺少科學(xué)探索的意義。
在早些年,潘巍峻的研究方向偏重細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子機(jī)制,后期才涉獵遺傳學(xué)和血管生物學(xué)研究,他自謙對于造血干細(xì)胞是個(gè)“門外漢”,“但也許就是‘初生牛犢不怕虎’,從一開始,我們就勾畫要有一個(gè)宏觀的研究視野,這正是和一些國外實(shí)驗(yàn)室‘從局部來推測整體’理念的最大不同?!?/p>
他告訴記者,在探索未知的過程中,雖然會(huì)遭遇困難,但只要科學(xué)問題方向沒問題,也符合社會(huì)倫理,借助一定的研究資源和條件,就有機(jī)會(huì)去發(fā)現(xiàn)新事物。
“這是一個(gè)需要勇氣且很有意思的過程?!迸宋【f。
等待已久的成果呈現(xiàn)在面前,就像追了很久的女孩突然說她也喜歡你
斑馬魚,是潘巍峻團(tuán)隊(duì)選擇的實(shí)驗(yàn)對象——一種脊椎動(dòng)物,其神經(jīng)系統(tǒng)、心臟、腎臟以及主要造血組織,都和人類十分相似,而且,其胚胎全身透明便于觀察。潘巍峻率領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì),把斑馬魚尾部造血組織中造血干細(xì)胞停留的時(shí)間和空間規(guī)律解析了出來。
最終,這支團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了造血干細(xì)胞歸巢停留具有“熱點(diǎn)區(qū)域”,“造血干細(xì)胞從誕生的那一刻起,就具有歸巢能力,而且歸巢之后很活躍,忙著分化增殖,顧不上在‘家’休息?!?/p>
令人驚喜的是,他們還意外地發(fā)現(xiàn)了一種全新的微環(huán)境細(xì)胞,并將其命名為“先導(dǎo)細(xì)胞”——就像去蘭心大戲院看戲,先要買票,如果去晚了,查票員會(huì)先驗(yàn)票,打著電筒引導(dǎo)你到座位后再離開。先導(dǎo)細(xì)胞就像這個(gè)查票員。
有人將這些成果,形容為對造血干細(xì)胞“回家”之路的高清“直播”。但為了這場“直播”大戲,科研人員搭建舞臺、訓(xùn)練演員歷時(shí)6年,背后是對造血干細(xì)胞停留位置和時(shí)間的大量統(tǒng)計(jì)、計(jì)算、分析,以及數(shù)不清的日日夜夜。
正如Natalie Le Bot所說,“完成這項(xiàng)出色的工作依賴于對基礎(chǔ)研究的長期投入?!?/p>
最初,潘巍峻并不確定“路究竟在何方”,有時(shí)也懷疑“自己是否膽子太大了”:那是2014年,團(tuán)隊(duì)遇到用什么成像手段來解析歸巢過程的問題,這需要大量對照和重復(fù)實(shí)驗(yàn)。
這一做,就是一年半的時(shí)間。
回憶起那段時(shí)光,薛文志說,“太難熬了,甚至想放棄!”由于建立成像系統(tǒng)時(shí),沒有考慮到光毒性,實(shí)驗(yàn)結(jié)果大多是一些假象,他們總覺得有些什么不對勁,掙扎了三四個(gè)月,最后決定改進(jìn)實(shí)驗(yàn)條件。
直到2015年,才開始出現(xiàn)轉(zhuǎn)機(jī)??蒲袌F(tuán)隊(duì)第一次在活體內(nèi)觀察到了造血干細(xì)胞的行為,眼前的景象“非常生動(dòng)”。
薛文志記得,當(dāng)時(shí)整個(gè)團(tuán)隊(duì)為之振奮。仔細(xì)研究后,他們很快發(fā)現(xiàn),最新的景象和傳統(tǒng)文獻(xiàn)里的描述“大不一樣”,這讓他們更加欣喜。
“當(dāng)?shù)却丫玫某晒尸F(xiàn)在你面前,就像是追了很久的女孩子,你向她告白時(shí),驚喜地聽到,她也喜歡你,這是很有成就感和幸福感的瞬間?!痹诮邮苤袊嗄陥?bào)·中青在線記者采訪時(shí),薛文志給出這樣一個(gè)比喻。
接下來又是3年的實(shí)驗(yàn),反復(fù)驗(yàn)證。2017年年末,潘巍峻團(tuán)隊(duì)向《自然》雜志投了論文,從投稿到接收僅用了6個(gè)月。
“這樣的知遇,只有中國才有”
不同于人們對90后的某些刻板印象,潘巍峻對團(tuán)隊(duì)里這些年輕人的評價(jià)是“特別能吃苦,超級拼”。
干細(xì)胞一個(gè)小小的“回家”行為,異常復(fù)雜,科研人員通過儀器設(shè)備所看到的,既有真正的“回家”,也有假象的“路過”。90后團(tuán)隊(duì)去偽存真,總結(jié)出一個(gè)規(guī)律,即只有那些停留30分鐘以上的,才能稱其為“回家”或者“歸巢”。
這就需要長時(shí)間持續(xù)地觀察。實(shí)驗(yàn)趕進(jìn)度時(shí),潘巍峻和他的3位博士生即此次論文的3位共同第一作者李丹彤、薛文志和李美“三班倒”:有人負(fù)責(zé)白天,有人負(fù)責(zé)從深夜盯到凌晨,有人則從凌晨爬起來負(fù)責(zé)盯到太陽曬到頭頂,“每天只睡4到6個(gè)小時(shí),就連走路也在全速開動(dòng)腦筋”。
“要保護(hù)他們對科研的興趣,還有熱情,在此基礎(chǔ)上建立信心,最終堅(jiān)定攻克問題的信念。”潘巍峻告訴記者,正如“先導(dǎo)細(xì)胞”一樣,導(dǎo)師也有“導(dǎo)”之義——不是代替學(xué)生完成每一件事,而是用正確的方式引導(dǎo)他們?nèi)オ?dú)立思考,團(tuán)結(jié)協(xié)作,敢于為科研獻(xiàn)身。
頗為有趣的是,潘巍峻將這些年始終不言放棄的科學(xué)研究歷程,也稱之為一種“歸巢”。
他的科研經(jīng)歷始自上世紀(jì)90年代,在華東理工大學(xué)完成本科階段學(xué)習(xí)后,1999年進(jìn)入中科院上海生化細(xì)胞所學(xué)習(xí),2005年起留學(xué)美國,先后在耶魯大學(xué)和美國國立衛(wèi)生研究院從事博士后工作。2012年,時(shí)隔7年他再次回到中科院。
至今,潘巍峻都很懷念,2012年年初回國的那段日子。那時(shí),他經(jīng)常為這樣一個(gè)問題輾轉(zhuǎn)反側(cè):如果科學(xué)研究要做30年,在起點(diǎn)處,應(yīng)該做什么?
那一年,他才36歲。
他把目標(biāo)鎖定在“造血干細(xì)胞歸巢”這項(xiàng)研究上?;貒?,他的實(shí)驗(yàn)室剛起步就得到了支持。不僅如此,在他帶領(lǐng)90后團(tuán)隊(duì)的背后,還有一支資深的科學(xué)顧問。
潘巍峻向記者反復(fù)提到一句話,“這樣的知遇,只有中國才有?!彼f,科研其實(shí)是無數(shù)個(gè)普通日夜的積累,科研人員要做的是沉下心來,在不斷地摸索中前行。而這,需要一個(gè)好的科研環(huán)境。
他感慨道,人的命運(yùn)、行為、使命,與細(xì)胞常常有著異曲同工之妙,每進(jìn)入一處新的環(huán)境,就會(huì)接觸到很多人、很多事、很多機(jī)會(huì)、很多知識與信息,并逐漸感受到自己的使命,最終找到特定的位置施展才能——這就像體內(nèi)的造血干細(xì)胞類群定向分化,最終形成行使特定功能的成熟細(xì)胞,實(shí)現(xiàn)人生的“歸巢”。
潘巍峻自認(rèn)為幸運(yùn)的是,他最終完成“歸巢”所在地,是生他養(yǎng)他的祖國。(記者 邱晨輝)
本文圖片由中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究院、中國科學(xué)院科技攝影聯(lián)盟提供
-
大數(shù)據(jù)"坑熟客",技術(shù)之罪需規(guī)則規(guī)避
2018-03-02 08:58:39
-
高質(zhì)量發(fā)展,怎么消除“游離感”?
2018-03-02 08:58:39
-
學(xué)校只剩一名學(xué)生,她卻堅(jiān)守了18年
2018-03-01 14:40:53
-
有重大變動(dòng)!騎共享單車的一定要注意了
2018-03-01 14:40:53
-
2018年,樓市會(huì)有哪些新變化?
2018-03-01 09:01:20