掃碼關注北京大學深圳研究生院官方微信

首頁 > 專題報道 > 正文
【淘派集運app】用科學的大腦解讀大腦的科學——走進化學生物學與生物技術學院深圳細胞生理學重點實驗室
日期:2021-05-10 08:25:23 南燕新聞社 點擊:

【淘派集運app】

2021年,南國燕園已正式步入二十載。二十年間,北京大學深圳研究生院科研創新平台建設穩步推進,科研創新能力持續提升,目前已建和在建的各類實驗室共計30多個。回顧過去,一項項亮眼的科研成績充分彰顯了北大深圳的辦學質量和辦學成果;立足當下,深研院緊貼時代脈絡,深耕人才培養和科研創新;展望未來,深研院將依託科研平台持續發力,在深圳、在中國發出更加堅定的“北大聲音”。不同學科方向、各具專業特色的實驗室充分彰顯了深研院“前沿領域、交叉學科、應用學術、國際標準”的辦學方針,是深研院面向深圳、服務廣東、輻射華南、為地方經濟發展服務的強力助推器。

説起實驗室,首先映入你腦海的,是龐大的設備、精密的儀器、刺鼻的藥水,還是整齊劃一的工位、屏息凝神的面容、伏案疾書的身影?

作為科研產出的依託平台和成果轉化的連通媒介,實驗室承載的不僅僅是一個個基金重點項目、一篇篇高影響因子論文和一項項重大科研成果,更是一位位奠基者的嘔心瀝血、一個個科研人員的精益求精和一份份深思熟慮後的精準抉擇。

透過實驗室,每個學院以自己獨一無二的學科特色在南國燕園大放異彩;立足實驗室,北京大學深圳研究生院堅定地踏出勇毅的步伐,在深圳速度的時代幕布上畫下一筆筆濃墨重彩的奇蹟。

現在,讓我們跟隨南燕新聞社記者的腳步,揭開實驗室的神祕面紗,一窺他後面的人和事吧!

 

“衝動、興奮、抑鬱……”我們對這些詞彙陌生也熟悉。我們支配着它們又被它們支配,和它們密不可分又若即若離。這些感受從哪裏來?又如何影響着我們的行為?這些關乎大腦、神經網絡與精神疾病的問題對於人們來説總是披着神祕的面紗,吸引着不同領域的研究者沉醉其中。在化學生物學與生物技術學院的深圳細胞生理學重點實驗室,有這樣一羣遊走在神經網絡中的“探祕者”。從細胞到生命的意義,他們痴迷在分寸毫釐的微觀世界,眺望精神疾病治療的新出路。

圖1 實驗室一角

建立神經系統研究的創新平台

周強教授是深圳細胞生理學重點實驗室的學術帶頭人,也是課題組組長。周強教授博士畢業於美國紐約州立大學石溪分校,曾先後在美國西奈山醫學院任教,在Genentech/Roche(羅氏)從事神經系統藥物的早期研發工作。留美學習工作生活了近10年後,他於2014年加入北大深研院化生學院。以神經退化性疾病和精神疾病為主要研究方向。帶着資深的成品管線項目管理經驗,周強教授及其團隊將基本思路定為“新藥研發 + 老藥新用+中藥重用”,聚焦重大神經系統疾病(包括老年痴呆症和精神疾病)。

與學院其他實驗室不同,在癌症相關藥物研究如火如荼進行的當下,精神疾病的研究看似小眾但又不可或缺。促使周強教授回國的一大因素是新藥研發工作需要綜合性大團隊的協同合作,包括基礎研究、臨牀診斷、商業開發等諸多領域,目前在中國具有組織這種團隊的可行機制和實際可能性。除此之外,周強教授還想在中醫中藥方面做些深入研究:“外國人對於中醫中藥一直不太相信,認為中醫無法證明其‘科學性’。但作為一箇中國人,我相信中醫,尤其是中醫在理念上的深刻內涵。”

從業界到學界,深研院化學生物學與生物技術學院為這次轉型提供了一個平台。周強教授曾在他的實驗室首頁寫道,“我認為現在正是我們將大腦的知識轉化為對神經系統疾病治療的好時機,而北大就是最佳的研究平台。”而化學生物學與生物技術學院正是致力於中國創新藥物研究、交叉融合的現代化創新藥物研究平台。化學生物學與生物技術學院院長楊震評價為:“北京大學是中國綜合性大學的王者,深圳特區是改革創新的先鋒。坐落在深圳的北京大學化學生物學與生物技術學院,猶如一棵葉茂根深的古樹生出了未來的翅膀,為百年北大打開探索國際化創新之路。”

在“暗箱”裏看清精神疾病的本質

精神疾病一方面切實聯繫到我們的社交、情感等正常生活,一方面又不能單純的用好與壞來進行評判。比如一些自閉症患者雖然與外界溝通能力欠缺,但數學能力非常強;有一些患者在藝術、文學領域又展現出超乎常人的天賦。這樣的結果讓研究者們有了更多的思考:能不能在治療的同時開發大腦更好的功能?如何在治療的基礎上讓患者本身的潛能得到更好的發展而不被磨滅?千人千面的世界,我們又該如何保持人的多姿多彩?他們的任務是打開封閉在患者心內的門,更要打開他們認知世界的窗。在這科學問題的背後,還有人文倫理、道德、國際化等各領域學科的交叉。“大海撈針更讓人充滿了迷茫與緊迫感。”對於工作在這個實驗室的每一個研究者來説,他們更加明白精神疾病的研究在這個強調個性化又兼備融合力的世界中的重要性。

浩瀚大海中他們負責的任務是水滴石穿,一切從“頭”開始。擺在他們面前的有兩條航道:其一是“釋疑”,通過對大腦功能機理的更深瞭解,弄清楚精神疾病的產生到底是什麼原因;其二是“對症下藥”,找到調節的方法,最好在早期診斷中發現蛛絲馬跡。人的大腦裏有一千億神經細胞,神經細胞之間的突觸約有100萬億個,這相當於整個銀河系恆星的1000倍。要複製大腦的特異性,這是天方夜譚。“就像做環線的車,找不到起點終點,”周強教授這樣形容我們大腦裏這些四通八達的“道路”。無法讓單個細胞單打獨鬥,那就直接在動物模型上做,“因為很多情感方面的東西,人和動物都是相通的。”

走進實驗室一側的小房間,裏面有三台龐大的儀器,外行人笑稱“大暗箱”。博士生馬曉燕告訴我們這是膜片鉗系統,用來記錄活體小鼠腦切片中的情況。做什麼?——解析機制找靶點。藥物研究失敗絕大部分原因就好像扔飛鏢脱靶,靶點沒找對,對應的藥物研究也就失去了意義。怎麼做?——中西結合。與西方的西藥研究思路不同,實驗室正在着力推進中醫藥的現代化進程,這是目前解決精神疾病的“中國特色”。

粗略地估計,大腦中每一個神經細胞周圍幾乎都遍佈着毛細血管,人體用氧量的20%都是來自僅重約7磅的大腦。面對如此巨大的耗氧量,如果腦血流量低,或者任何地方出現堵塞、壞死,都會對大腦的正常生理功能產生影響,現有的研究已經證實很多疾病都是由於人的腦血管發生了變化。這一發現恰恰對應了中醫的治療理念。中醫講求人體動態的平衡,整體的變化,中藥能夠活血化瘀,如果可以中西結合,利用中藥疏通血管經絡,用西藥瞄準靶點,就有了整體性治療動態疾病的新思路。

圖2 實驗室的“主角”

“讓實驗室研究與治療接軌”

對於化學生物學與生物技術學院來説,學科融合、多領域交叉已是研究常態,也成為了這所學院的名片。從靶點研究出發,通過創造性地將現代有機合成化學、藥物化學、生物學、計算和生物信息學、轉化醫學等集成整合,多領域科學家協同攻關,開闢了原創技術集成創新的新路徑,搭建了一個現代化的藥物研發平台。在這一平台背景下,深圳細胞生理學重點實驗室通過與醫院、研究所、實驗室展開深入的交流,從病人的特點與症狀入手,做到產學研密切結合。周強教授也曾談起在學校與公司工作的不同:“學校的研究環境是自由寬鬆的,這樣更容易激發我們的創造力,也讓我們有精力和動力去探索新的東西,思考新的問題,不要單純地做‘會做實驗的機器’。”下一步,周強教授將帶領實驗室在產出、修飾與應用小分子化合物之餘,爭取推進到臨牀試驗,讓實驗室研究與治療接軌;同時,在一個個科研項目的磨練中有的放矢地培養學生的思維能力、溝通能力與合作能力,“對於我們研究者來説,這都是未來走入社會所需要的技能。”

不僅如此,在科研的過程中,讓科學走近大眾,讓實驗室研究成為科普內容,也是周強教授致力所作的工作。2018年4月,周強教授在深圳的“市民大講堂”上為公眾帶來了“記憶,精神健康和神經科學的未來”的專題講座,介紹了該領域最新研究成果,同時也深入淺出地解釋了在科學層面可以證明“增強自信有助於應對負面事件”、“親情可以舒緩壓力倍增現狀”。

3 美國科學院院報上曾刊登該實驗室關於條件性抑制學習在動物學習/記憶中的研究

圖4 曾刊登於自然-通訊科學雜誌上有關興奮性與抑制性神經細胞在神經突觸上的差別研究

“找到純粹的熱愛”

精神疾病的研究相對於其他疾病來説更加複雜多元。除了要具備專業的知識和基本的素養,還要有一腔熱血才可以體會過程的滿足與快樂。特有的碩博連讀培養方案,使實驗室裏的研究生們更早地開始了與自己內心的對話,也讓他們在自己研究領域有了更多的思考。

提及為什麼選擇這個方向攻讀,四年級的博士生馬曉燕表示“是真的很有意思”。第一次見到她,她正在那個黑箱子似的膜片鉗系統上準備一系列實驗。因為要經常做活體實驗,所以對小鼠頭部進行解剖已經習以為常,也就不會覺得害怕或者不適應。目前她正在從事有關抗抑鬱小分子藥物機制的研究。“因為它和我們的生活息息相關,常常聽到身邊親戚朋友被精神問題困擾,如果真的能有一種藥物有哪怕一點的作用,我都覺得是一件特別有意義的事兒。”

2016年就來到實驗室的王天宇主要進行情緒記憶學習領域的研究。他的主要研究內容是在經典的巴甫洛夫條件性學習的行為學基礎上,利用多種記憶手段,研究神經元及神經環路的生物機制,通過探索動物規避潛在風險的能力來研究精神疾病後的應激障礙。馬上畢業的他很快要開始一段新的人生旅程。談到未來工作的方向,他還是希望繼續從事神經領域相關的研究,但目前的研究只是停留在實驗室階段。“未來或許會做一些臨牀相關的工作,將理論與實踐結合起來,我或許會更有成就感。”

圖5 光影交錯中的堅定

在和他們的交談中,大家都不自覺地談到了“熱愛”。幾年前下定決心來到這裏的他們,或許每個人都懷有一份“赤子之心”。他們的每一小步,在未來就也許就能為精神疾病患者打開美好生活的大門;而無數像他們這樣的學生和研究者,就能推動我國精神疾病治療領域不斷向前探索。身處其中的他們是幸運的——找到一份熱愛,承擔一份責任,從而全力以赴。對創新藥物研發和對精神疾病療法的無限憧憬讓實驗室中的每個人在如今紛繁變換的世界中找到了時光流逝間讓內心安寧的力量。回望實驗室的大家,細聽儀器的轟鳴聲,定格各自忙碌而有條不紊的身影,好像下一秒有個聲音就會打破這個下午的平凡——“我又有了多麼奇妙地發現!”

圖6 鏡頭下的世界

“從研究到領悟”

實驗的節奏快,壓力大,從事精神研究的大家如何充當繫鈴人的角色?他們對生活與工作有着自己的理解。什麼樣的精神世界是完美的?這是一個永恆的話題。對精神世界的科學探究,讓他們更加學會調節自己的情緒,理性地看待人的思考與行為。大腦是可塑的,人最關鍵的要知道自己想得到什麼,知道自己的能力在哪裏,然後不斷縮小差距。在這裏有零距離的溝通——實驗室的辦公區域並不是平常意義上的工位,而是一張寬大的方形長桌,方便組內人員隨時交流。周強教授説:“人要有自己的感覺,和自己談話,和別人談話,不斷學習。”這裏也有彼此間的幫助與温暖——在科研中,要百分百地投入精力。剛來到實驗室的榮伊就被這種拼勁的氛圍帶動着不斷突破自己的上限。課餘時間,他們會一塊運動,一塊出門掃街。“今天晚上還約了球”,博士後張玉潔在採訪中還笑着説起下班後大家的打算。

圖7 辦公室一角

圖8 全家福

因為理解,所以珍惜。他們探索着基礎科學和精神世界的本質,也在親身感受着它們帶來的一切變化。數以萬計的神經細胞影響着他們,更在指引着他們。因為明白這不是孤身一人的戰鬥,所以更加豁達坦蕩地面對。

當下,實驗室的主攻方向仍然是瞭解神經退行性疾病(例如阿爾茨海默氏病)和精神疾病(例如抑鬱症、精神分裂症和自閉症)的生物學基礎,並以此確定新的藥物靶標,推動中西治療結合,從而對大腦的基本功能、大腦病理學的起源以及如何治療腦部疾病的突破有更深入的瞭解。對於未來,實驗室上下有着更大的期待,也在不斷探索更好的模式。要完善合理的育人機制,要有更純粹的好奇心與熱情,要冒險,更要耐得住寂寞。精神疾病的研究道阻且長,但這裏的傳統與美好的願景一定會驅使整個團隊奔赴更廣袤的星辰大海。

圖9 時間的答案

南燕新聞社“走進實驗室”專題報道組出品

策劃:鄔紫荊

記者:王雪

攝影:劉倩含

實驗室聯絡:王贇

指導老師:王可佳

部分來源:獨創深圳、科技日報

南燕講座:中國科學院院士馬大為教授到訪化生學院
  • 2021-05-13
    我院連續九年蟬聯校運會冠軍總結表彰大會隆重舉行
  • 2021-05-10