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大含“细”入 同“胞“共气|重点实验室巡礼

2020-08-21 10:54

大含“细”入 同“胞“共气|重点实验室巡礼

——走进细胞生物学国家重点实验室


 大含“细”入 同“胞“共气|重点实验室巡礼

①高大明研究员

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②曾艺研究员(左)与王代松博士合影

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③杨巍维研究组获上海市科技系统青年五四奖章(集体)

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④李劲松研究员(右一)指导学生工作

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⑤细胞生物学国家重点实验室第二届学术委员会委员与实验室PI合影

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⑥细胞生物学国家重点实验室揭牌仪式合影

本报记者 李晨阳

美国冷泉港实验室举办的学术会议上,年轻的中国女科学家曾艺站在讲台上,分享自己尚未发表的实验数据。这是一个出人意料的科学故事,台下众人听得津津有味。在报告最后,曾艺热情地表示:“欢迎大家来重复我们的实验!”

走下讲台,她很快接到了知名学术期刊编辑的橄榄枝:“这个工作很棒,投给我们吧!”

“直到这一刻,我心里的石头才落了地。”曾艺笑道。在此之前,她担心这项成果太“前卫”,难以被同行接受,这才精心策划了这场华丽“剧透”。2020年3月,这项成果顺利发表于《细胞》杂志。

“当你有最心爱的工作时,就要为它做到100%——这是我在细胞生物学国家重点实验室学到的最重要的事。”曾艺说。

呵护创新的萌芽

曾艺是中国科学院分子细胞科学卓越创新中心(生物化学与细胞生物学研究所,以下简称生化与细胞所)研究员。她的研究组最早是做乳腺癌研究的。在一次动物实验中,他们“顺便”扫描了一下小鼠模型体内的其他器官,意外发现了胰岛成体干细胞的踪迹。

“大家很惊讶,因为当时学界的主流观点是胰岛中不存在成体干细胞。”曾艺告诉《中国科学报》,“甚至有人认为,人之所以容易得糖尿病,就是因为没有成体干细胞,导致胰岛β细胞的损耗得不到有效补充。”

全球有4.3亿糖尿病患者,其中1/4在中国。胰岛β细胞功能失常导致的胰岛素分泌不足是1型糖尿病和2型糖尿病的共同特征之一。传统的治疗方法——吃药和注射胰岛素都只能“治标”。要想“治本”,就需要通过胰岛移植等方法,在人体内重新产生健康的胰岛β细胞。然而胰岛供体不足的现实,严重制约了这种方法的临床使用。

如何源源不断地获得可供移植的胰岛β细胞呢?希望在于两种干细胞:胚胎干细胞可以定向分化成胰岛β细胞,但这种方法复杂且有一定的成瘤隐患;而利用成体干细胞在体外制备功能性类器官,安全性和简便性都要好得多。

曾艺团队在证明胰岛成体干细胞存在的基础上,进一步探索建立了小鼠胰岛类器官的培养体系。在这套新的培养体系中,每一个类器官都具有和胰岛中比例接近的各种分化细胞类型,是研究胰岛各类细胞的优良体外模型,也可以用于药物的体外筛选。

目前他们正在与上海的医院合作,继续在人体中寻找胰岛成体干细胞,并致力于在体外培养有功能的人胰岛β细胞。

这篇《细胞》论文,也是曾艺研究组踏足胰岛研究领域的开始。所有胰腺或胰岛的实验,对他们来说都是全新的。论文第一作者、生化与细胞所博士生王代松从文献里自学方法,或者向远亲近邻的各个实验室求教,出色地完成了科研任务。

“在此之前,我们研究组从未有过胰岛研究的背景,因此项目初始阶段,我们很难申请到经费,是所里经过内部讨论,决定支持我们的。”曾艺表示,这项工作很大程度上受益于生化与细胞所的“自主研发课题”。

由于一些创新性很强,甚至有一定失败风险的工作,在早期难以得到外界资助,生化与细胞所特别设立了自主研发课题,让这些工作在萌芽阶段就能得到支持,以此培育更多更好的原创性成果。

攀登卓越的阶梯

对创新的追求,一直渗透在细胞生物学国家重点实验室的血脉中。

这个实验室的前身是1997年成立的中国科学院分子细胞生物学重点实验室。多年来,这个中科院重点实验室产出了大量优质科研成果,曾有两项工作分别入选科技部2007年和2009年的“中国基础研究十大新闻”。

2006年,实验室作为“替补队员”参与全国“国重”评比,成绩优异;2011年获国家科技部立项批准成立国家重点实验室,2013年通过验收;在2016年的生物和医学领域国家重点实验室评估中,细胞生物学国家重点实验室一举获评“优秀”。

2007年回国的细胞生物学国家重点实验室主任李劲松,亲身经历了实验室从“院重”到“国重”的发展历程。但他说:“我感觉没什么变化。”

“因为我们一直享受国家重点实验室的待遇。”李劲松说,“在生化与细胞所,你从不会因为‘院重’还是‘国重’而受到区别对待。正是这样的态度,才能留住人才,才能发展起来。”

在李劲松看来,细胞生物学国家重点实验室的风格,就是生化与细胞所的风格,那就是“追求卓越”。

“不敢说我们的工作就是‘从0到1’,但是我们的确开创了许多以前没有的方向。”他说,“关键在于,我们未来能把这些方向做到什么规模。”

开创广阔的平台

李劲松本人是人造精子细胞技术的开创者之一,也是基因组标签计划的提出者。

2012年,李劲松研究组与分子生物学国家重点实验室的徐国良研究组合作,首次建立了孤雄单倍体胚胎干细胞,并证明这些细胞能够代替精子,使卵母细胞“受精”并产生半克隆小鼠。

但在当时,这种人造精子细胞产生后代小鼠的效率很低下。接下来几年,他们通过删除两个印记调控区域,得到了能够高效支持半克隆小鼠繁殖的人造精子细胞。

“我们用几年时间,把‘人造精子细胞’从一个概念,发展成一项可用技术。”李劲松说。

基于人造精子细胞技术的应用,他们进一步提出了“基因组标签计划”。

自2003年人类基因组计划完成后,超过2.2万个编码蛋白质的基因被揭示出来。然而受限于技术瓶颈,超过一半的蛋白质从未被研究过。

李劲松等人提出的宏大计划是:利用人造精子细胞技术,给所有蛋白质加上同一个标签,进而通过卵子注射获得全基因组超过2万个蛋白质的标签小鼠库,完成逾2万标签蛋白质的生理组织表达谱分析。

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