速度達到光速70%的重離子轟擊，已經(jīng)治療了數(shù)千名腫瘤患者；只有米粒大小的神經(jīng)元細(xì)胞，從干細(xì)胞分化出來，已經(jīng)實現(xiàn)了人工培養(yǎng)；國產(chǎn)高載量核酸合成儀一次能合成30多克高質(zhì)量核酸，這對于以納克為單位的核酸生產(chǎn)已是“極大量級”……

最快、最小、最高產(chǎn)，在今年中關(guān)村論壇期間推出的展覽上，除了有機器人的炫技，還有生命科學(xué)領(lǐng)域突破極限的各類“最”新成果集中亮相。

開拓“最終疆域”取得原創(chuàng)成果

以腦科學(xué)為例，它被認(rèn)為是科學(xué)研究的“最終疆域”，是生命科學(xué)最難以攻克的領(lǐng)域之一。在中關(guān)村論壇中，腦科學(xué)領(lǐng)域的重重“禁地”正在“解除封印”。

“研究生命必須要有新的分析工具、觀測工具。如果靠購買尖端設(shè)備開展研究，那么用的將是別人早就用過多年的設(shè)備，科學(xué)家也很難取得原創(chuàng)性科學(xué)成果。”在3月29日舉辦的醫(yī)學(xué)AI創(chuàng)新與發(fā)展論壇上，中國科學(xué)院院士、北京大學(xué)國家生物醫(yī)學(xué)成像科學(xué)中心主任程和平帶來了自主研發(fā)的僅有2.2克、能跟著小鼠奔跑的雙光子顯微鏡的研究進展和應(yīng)用成果。他表示，雙光子顯微鏡能夠在動物奔跑時實時對腦細(xì)胞進行成像，已經(jīng)裝機上百臺，助力中國團隊在孤獨癥研究、神經(jīng)韌性研究等方面取得了開創(chuàng)性成果。

這一腦科學(xué)研究的“利器”所展現(xiàn)的對于生命科學(xué)研究范式的顛覆能力，也獲得了國際同行的認(rèn)可，哈佛大學(xué)、美國國立衛(wèi)生研究院等權(quán)威研究機構(gòu)紛紛采購該設(shè)備。

程和平介紹，技術(shù)進階方面，未來還將發(fā)展出三光子顯微鏡、多色成像顯微鏡等設(shè)備，可探測更深的“腦海”，實現(xiàn)深腦成像，并通過不同的顏色標(biāo)記不同的神經(jīng)元。臨床應(yīng)用方面，將發(fā)展出細(xì)胞內(nèi)窺鏡設(shè)備，直接在病灶部位進行無創(chuàng)精準(zhǔn)診斷。

研究腦，既要研究功能結(jié)構(gòu)，也要研究生長發(fā)育。“神經(jīng)元各種各樣，了解它們是如何產(chǎn)生的，對于孤獨癥等疾病非常重要。”北京腦科學(xué)與類腦研究所研究員李沖告訴科技日報記者，人類大腦發(fā)育具有獨特性，動物模型有局限性，只有人類大腦模型才能重現(xiàn)人類大腦的復(fù)雜性和特殊性。

人腦是一個高度分化且復(fù)雜的組織，準(zhǔn)確地引導(dǎo)干細(xì)胞分化出具有特定腦區(qū)的腦類器官十分困難。李沖團隊構(gòu)建了腦類器官3D培養(yǎng)系統(tǒng)，在體外能夠模擬體內(nèi)神經(jīng)系統(tǒng)生長發(fā)育的過程，與2D培養(yǎng)相比，3D更貼近真實的腦發(fā)育，可對復(fù)雜、動態(tài)的過程實現(xiàn)再現(xiàn)。

作為北京腦科學(xué)與類腦研究所的研究成果之一，多能干細(xì)胞誘導(dǎo)的3D人腦類器官培養(yǎng)技術(shù)在中關(guān)村論壇上展出。“它可以用于人腦功能、腦疾病機制、神經(jīng)藥物篩選等方面的探索，但也可以用于移植和治療。”李沖說，例如，退行性病變患者的神經(jīng)元無法自己再生，由干細(xì)胞體外分化獲得神經(jīng)元的途徑就可以幫助他們補充新的健康神經(jīng)元。隨著全球多個干細(xì)胞治療產(chǎn)品進入臨床試驗，為相關(guān)領(lǐng)域的臨床落地帶來了希望。

醫(yī)療“重器”惠及百姓

近年來，醫(yī)療領(lǐng)域的國之重器也取得了突飛猛進的發(fā)展。在中關(guān)村論壇上展出的醫(yī)用重離子加速器已經(jīng)用于腫瘤治療。就在今年2月，在國產(chǎn)自主研發(fā)重離子加速器加持下的碳離子治療系統(tǒng)在浙江省腫瘤醫(yī)院開始運行，這是全國范圍內(nèi)的第三臺開展治療服務(wù)的系統(tǒng)。通過碳離子束的高速轟擊，能夠在對正常組織造成極小損傷的情況下，高效、精準(zhǔn)地對惡性實體腫瘤實施放射治療。這項由中國科學(xué)院近代物理研究所轉(zhuǎn)化而成的“重器”填補了我國在這一領(lǐng)域的醫(yī)療設(shè)備空白，且裝置成本只有進口的一半，大幅降低了患者的治療費用。

讓患者感受深切的，還有機器人協(xié)助下高增長的手術(shù)獲益。“借助導(dǎo)航系統(tǒng)，手術(shù)切口從十幾厘米縮短至1厘米，醫(yī)生能精準(zhǔn)定位，減少對患者的損傷。”中國工程院院士、中國人民解放軍總醫(yī)院教授唐佩福在醫(yī)學(xué)AI創(chuàng)新與發(fā)展論壇上表示，更重要的是它降低了醫(yī)生的學(xué)習(xí)曲線。例如骨盆骨折手術(shù)由于難度高，過去只有正高級醫(yī)生才能做，現(xiàn)在在機器人的協(xié)助下年輕人也可以精準(zhǔn)操作。此外，通過互聯(lián)網(wǎng)+，機器人手術(shù)可以實現(xiàn)遠程操作，患者在基層醫(yī)院也能接受手術(shù)，優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源得以走到老百姓家門口。