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醉心于想象力的舞蹈 胡赓熙博士和他的多肿瘤标志物蛋白芯片检测系统

光明日报

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癌症是一种古老的疾病。人类有记载的癌症的历史可追溯到3000多年前。在经防腐处理的埃及和秘鲁木乃伊的颅骨上,人们发现有癌症的迹象。公元前400年,古希腊圣哲首先用“癌”(carcinoma)来描述这种疾病。这一名称来源于希腊字“karkinoma”,意为“蟹”,形象地将这种癌细胞组织的扩散比作蟹的爬行行为。

癌症又称恶性肿瘤。何谓肿瘤?肿瘤是一种细胞异常增生而形成的新生物。换句话说,肿瘤细胞在结构和功能上与正常细胞不同,它们具有超过正常的增生能力,形成多余组织。这种多余组织不是人体生存和维持生命所必需的,而且常常会对人体产生各种危害。医学家根据肿瘤对人体的危害程度将其分成两大类,即良性肿瘤和恶性肿瘤。

  一 如同从潘多拉的盒子中释放出来的灾难一样,癌症千百年来一直像一个冷面杀手,无情地夺去了无数人的生命。它是严重影响人类健康、威胁人类生命的主要疾病之一。癌症与心脑血管疾病和意外事故一起,构成全世界所有国家人口的三大死亡因素。据不完全统计,全世界每年至少有600万人死于癌症,有近1000万人被置于死亡边缘。而在我国,每年至少有160万人被癌症夺去生命。中国工程院院士、中国医学科学院肿瘤研究所程书钧教授认为,我国死于癌症的人数可能要远大于160万。年近八旬的中国科学院院士、分子肿瘤学国家重点实验室主任吴教授说,死于癌症的人大多是五十岁以上的,而这些人恰恰是最成熟的技术人员、劳动力等,是最活跃、对社会最有用的人,因此,癌症的危害之大不言而喻。所以,世界卫生组织和各国政府都把攻克癌症列为一项重要任务。

  然而,值得关注的是,全世界癌症患者的死亡率同以前相比,都有不同程度的增长。有资料表明,我国恶性肿瘤的死亡率与20年前相比,增长了29.4%。而且,全世界癌症患者日趋年轻化。根据美国麻省理工学院的环境健康科学中心的调查表明,45岁以上人群为癌症的高危人群。为什么癌症患者比以前多了?吴院士认为,由于癌症患者年龄多在50岁以后,而现在人们生活质量普遍提高,平均寿命延长,患癌症的机率大大增加,同时人口总数增多,癌症患者的绝对数量自然就上升了。随着物质生活水平的不断提高,人们的饮食结构发生了明显变化,高脂肪、高蛋白的饮食与许多恶性肿瘤的发生有关;随着工业的迅速发展,不可避免的环境污染加重,使人患恶性肿瘤的可能性大大增加;大量使用农药造成粮食、蔬菜、水果的污染,和食品添加剂的使用,这些致癌的化学因素也提高了患病的机率;医疗水平的提高,经济条件的改善,因病就医的人数增加,使癌症的检出率明显提高;不良情绪和不良生活习惯,如吸烟、嗜酒、不科学烹调等造成的营养异常,矿物质、糖、蛋白质、脂肪、纤维素等的缺乏和失去平衡,从而使机体免疫力下降,促使癌的发生。 二

一些人谈癌色变,像面对洪水猛兽一般。很多癌症患者得知自己得了癌,精神很快就垮了。癌症真的那么可怕吗?癌症真的很可怕。之所以这样说,是因为大多癌症患者在得知自己得了癌症的时候,病情已到了晚期,而晚期癌症基本上属于不治之症。因此,人们恐癌在情理之中。

癌细胞一旦形成之后,以浸润形式的生长对周围器官和组织进行侵蚀和破坏,使受侵害的器官和组织发生变性,产生功能障碍,并通过血管、淋巴组织以及癌细胞的脱落,向其他部位转移。癌细胞不加节制的疯狂生长和它巨大的破坏作用,造成人体的严重消耗和中毒,这些都可以在较短的时期内置人于死地。

  但是,人们对癌症的认识有一个巨大的误区:癌症就是不治之症,患癌的人如同被判了死刑。事实上不是这样。癌症是可以治愈的,关键在于早发现、早诊断、早治疗。程书钧院士认为,癌症的早期诊断对癌症的治疗起关键作用。根据世界卫生组织最近的统计数据表明:“癌症患者如果能早期发现,治愈率可达80%。”目前根治肿瘤的办法是外科手术切除瘤体,好比“斩草除根”。如果发现一个人是早期的癌症患者,只需要找到其体内的那个还是小小的癌变组织,将其切除就可以了。事情就是这么简单。记者在采访吴院士、程书钧院士、匡达人教授、李春海教授、马立人教授等著名专家时,他们都充分肯定了肿瘤的早期诊断对其防治的决定性意义。 三

肿瘤的早期发现和诊断对肿瘤的预防和治疗至关重要。目前临床检测肿瘤的方法主要有物理学、组织细胞学和生物化学三大类。常规的物理诊断如X光、CT、核磁共振、B超、红外扫描等。但这类诊断方法只能发现直径1—2cm以上的肿瘤,而一个肿瘤细胞倍增至如此大小,约需10 9个细胞,所需时间为五年甚至更长。组织细胞学的检查则需在物理学检查发现的基础上,方可取得标本(切片或手术)。所以物理学诊断和组织细胞学诊断往往只能发现中晚期肿瘤,而难于达到早期发现的目的。且大多操作复杂,费用昂贵,需要施行手术,给病人带来痛苦,给机体造成损伤。而且,这是早期尤其是无症状人群不易接受的,因而不能或不便多次检测和及时检查,常常造成诊断延误,带来严重后果。生物化学诊断方法是通过检测肿瘤发生、发展过程中所分泌的一些具有特异性的蛋白成分,即肿瘤标志物来实现的。因其简单易行,现已成为肿瘤检测的重要手段之一。生物芯片技术就是其中的一种。

恶性肿瘤的生长是一个极其复杂的多病因过程。仅靠一个指标进行诊断,灵敏性和准确度都不高。如AFP被认为是最好的原发性肝癌指标,但其阳性率仅为60—70%;CEA鉴别消化道癌症的阳性率也仅为14—35%;CA—125诊断卵巢癌的灵敏度为46%,而且这些肿瘤标志物的含量随病程的发展而升高。所以其早期阳性检出率很低,有的甚至不可能。为此,生物化学检测肿瘤标志物的临床应用主要是预后和随访,并不适用于肿瘤的早期检测。

程书钧院士认为,目前癌症的早期诊断尚处于较低水平,我们的手段还很难发现生物学意义上的早期肿瘤。如何发现更早的早期肿瘤?这是一个非常重要的课题,也是全世界科学家孜孜以求的方向。他认为,癌症的早期诊断,不会是单项指标的诊断,而是多项指标的综合诊断。未来几年将可能把分子生物学和形态学结合起来进行检测,趋势也许会是从血清中就能发现癌细胞。

美国医学专家香农·布朗利1999年底在美国《时代周刊》中《何时能治愈癌症》一文中预言,5年内,人们将研制出多种癌症的早期诊断方法,同时认为这些诊断方法必须具有灵敏度高(阳性检出率高)、特异性强(正常人群假阳性低)、早期发现和广谱(脏器和种类)的共性,同时还需操作简便、易行、价廉等,换言之,即希望通过一次测定来发现各种早期恶性肿瘤病例。

生物芯片技术作为20世纪90年代兴起的生物手段,它利用微点阵技术将多种生物探针高密度地固定在固相基质上,从而使一些传统的生物学分析手段能够在尽量小的空间范围内,以尽量快的速度完成,达到一次实验同时检测多种疾病或分析多个生物样本的目的。蛋白芯片作为生物芯片的一种,主要基于抗原抗体特异性反应的原理,它的出现,将从根本上改变临床检测的观念和效率,并为创建新的肿瘤早期检测方法提供了参考方向。

四在我国,最早进行蛋白芯片研究并取得成就的是上海中国科学院生物化学和细胞生物学研究所胡赓熙博士领导的实验室。1998年底,胡博士领衔的课题组着手研究cDNA阵列的制备和应用技术,至1999年6月,建立了我国第一张实用“生物芯片”——含有8000个不同人类基因的cDNA阵列。同年,他们将这一新手段用于肝癌研究,成功发现了300多个于肝癌相关的基因,为开发多肿瘤标志物蛋白芯片检测系统奠定了基础。

2000年7月,上海数康生物科技有限公司成立,主要从事生物技术及医药领域的研究、产品开发和相关的技术咨询服务。该公司是我国最早致力于临床检测用蛋白芯片研究与开发的高科技公司,研发成功后首期投资了2000万元建造了现代化的厂房作为生产基地。成立至今,已开发出三种产品,其中具有标志性的是国际上第一代用于临床肿瘤联合检测的蛋白芯片——多肿瘤标志物蛋白芯片检测系统。该系统使肿瘤因子在萌芽状态即可被发现成为可能。经过多家权威医院的临床验证和专家评审,2001年12月17日,国家药品监督管理局为该系统颁布了新生物制品第一类的证书和试生产许可证。这标志着该系统具有完全的自主知识产权,在国际上是具有独创性意义的。

在上海,记者采访了胡赓熙这位年轻的科学家兼CEO。

一家电视台在采访胡赓熙博士之前,对胡本人有一个猜测:“一说起博士,除了满肚子学问,给大家的印象多半是傻里傻气,要不都说‘傻博士’呢?整天琢磨定理公式,走路都得撞电线杆子;一说起CEO,那又是另一类人,他们的基本特点是脑子活泛,个个都是人精,整天琢磨的是怎么赚钱。博士的傻气和大老板的精明似乎永远不沾边。可现在时代不同了,从前不沾边的事情现在就能沾上边。那要是一个傻博士当上了CEO,会是什么样呢?”带着同样的疑问,记者见到了胡赓熙。

从外表上,左看右看也没有看出他是一个高科技公司的大头领。平头,戴眼镜,随随便便的衣着,不修边幅,倒是很像整日埋首于斗室、兀兀穷年地钻科学“牛角尖”的傻博士。其实,这外表挺能迷惑人,胡赓熙可不是个傻博士。从博士到CEO,对很多人而言,完成这种角色转换是一个艰难的过程。但对胡赓熙来说,却是个顺水行舟的事,他在不知不觉中完成了这种转换。他说:“人们对自然科学的研究都是有目的的,而这个目的通常都是人文的,完全由好奇心驱动而进行的科研行为是很少的。”科研的目的应该落实在实际应用上,从而服务于社会。有着人文关怀的科学家往往代表着一个正常有序的社会的理智和良心。

胡赓熙的人文精神从他的导师、著名的细胞生物学家匡达人先生的谈话中得到了印证。已经82岁高龄但身体依然硬朗的匡先生还记得当年的情形。她说,胡赓熙1985年来到我身边的时候只有19岁,24岁从我这里拿走博士学位后就走了。但他有两点影响了我,一是锻炼身体,他说搞科研需要很好的身体;二是他当时虽然年纪小,但经历显得成熟,他喜欢中国传统文化,喜欢古诗词,爱看闲书,爱下围棋,这对他的科研是有帮助的。胡赓熙去美国留学后还经常寄材料和菌种回国,支持我的实验室。从匡先生的描述中可以看出,胡赓熙一点儿都不“傻”。

从2000年7月公司开业至今,数康就取得了别的公司可能很长时间都无法取得的成绩。有人问胡赓熙,不少人在搞生物芯片技术,为什么你比别人干得快、干得好?胡赓熙每次都觉得难以回答,只是说运气好。具体分析下来,他认为,之所以这样,是因为:声称要搞生物芯片研究的人虽然不少,但真正了解这项技术的人不多,能理解生物芯片内涵并能掌握的人则更少;数康公司的飞速进步,得益于独特的企业文化,该公司的员工工作非常卖力,不少是胡带过的学生。在数康,工作人员称上级不是叫老板、老总、先生,而是叫老师。这是胡赓熙引以为自豪的一点;他们秉承了科学研究的务实精神。胡赓熙告诫大家,不要追求花里胡哨,把注意力集中到科研上来;数康员工的相互信任形成了企业发展的活力。在创业之初,胡许诺:“如果公司有很好的发展,对公司作出了重要贡献的人都将得到回报。”胡赓熙说,至少现在看来这是个空头支票,但员工也相信它,并热情地投入到工作之中;数康员工的工作可以说是疯狂的。2001年春节时,公司管理层开会,胡赓熙要求在一年内完成产品设计、研发、申报、产品定型、投入生产等一揽子计划,别人都说简直疯了,但一年下来,他们完成了,而且是出色完成的。今年春节公司又开了类似的会,员工们又觉得是“天方夜谭”,但胡赓熙有足够的信心,他认为这是一种冷静思考后的判断。

正是基于这种可贵的创业精神,数康推出了带有强烈创新色彩的多肿瘤标志物蛋白芯片检测系统。该系统符合癌症早期诊断所需的条件:多指标并行诊断,以达到高灵敏度和高准确性;诊断方式能被无症状的正常人所接受;检测过程廉价、快速。该系统通过检测12种肿瘤标志物,从而实现了对不同肿瘤标志物的联合检测。这不仅大大提高了诊断的灵敏度和准确性,而且扩大了诊断的范围。多肿瘤标志物蛋白芯片检测系统经浙江、上海的多家权威医院临床实验,证明其特异性高达80%以上。

中国抗癌协会肿瘤标志专业委员会主任委员、国际肿瘤标志学会理事李春海教授认为,从经济学角度来看,一般情况下,肿瘤标志物都是单项检查,如能将多种标志物进行联合检测,除了方便快捷之外,更重要的是非常经济。这种联合检测方式对解决目前十分突出的医患矛盾具有重要的现实意义。吴院士认为,这套系统从原理来分析是高效的,在临床实验阶段也是非常有效的。目前它应该更广泛地被市场检验,从而不断进步。

由于多肿瘤标志物蛋白芯片检测系统是集成性的,是高通量,经过完善,其性能将会日益提高。它对健康人群的体检、采血、癌症普查、人员随访、预后检测、物种改良、海关检疫等等都具有广阔的应用前景。比如在无症状人群的体检中,由于该芯片的高通量、快速、便捷和廉价等诸多优点,使得癌症的早检测、早诊断这一重要理念在社会得到广泛认可和应用成为可能,从而大大地降低癌症的死亡率。

世界著名商业杂志《财富》预言:“微处理器使我们的经济发生了根本改变,给人类带来了巨大的财富,改变了我们的生活方式。然而,生物芯片带来的影响可能会更大。”

胡赓熙有一段很精彩的话:“探索生命中那些不解的奥秘,是一种能使人‘衣带渐宽终不悔’的智力游戏,令人精疲力尽却依然无法舍弃;开发优美的产品更是一种想象力的舞蹈,犹如高楼横笛,抱膝吟秋。数康是为这些艺术和乐趣而存在的。让别人用诸如全球市场份额和技术领先程度等等不太艺术的指标来衡量数康的成长吧。”

胡赓熙博士,男,1964年1月出生于浙江绍兴。现为中国科学院生物化学和细胞生物学研究所研究员、上海数康生物技术公司总经理、上海中科开瑞生物技术公司董事长。1980年—1984年,就读于杭州大学生物系,获学士学位;1984年—1990年,在中科院上海细胞所师从匡达人先生,进行分子生物学方面的研究,并获生物学博士学位;1990年—1996年,在美国麻省理工学院环境健康科学中心任博士后研究员;1996年起,在中国科学院生物化学和细胞生物学研究所马普实验室任研究员至今。其主要研究领域为现代生物技术和功能基因组学,包括:1,生物芯片,如cDNA阵列、蛋白质芯片技术等;2,使用人类基因组技术研究肿瘤相关基因和肿瘤发生、转移的分子机制;3,小鼠基因剔除技术。主要学术任职有:中国863计划“生物信息”专家小组副组长、中国科学院高技术局(生物)专家委员会委员、中国科学院基础局(微观)生物学专家委员会委员和中国生物工程学会理事等。

生物芯片技术

生物芯片技术是20世纪90年代中期兴起的一种新型生物学技术。它基于生物大分子(核酸、蛋白质等)间相互作用的大规模并行分析方法,并结合微电子、机械、化学、物理、计算机等多领域的技术,将生命科学研究中所涉及的样品反应、检测、分析等过程连续化、集成化、微型化。这项技术已成为当今生命科学领域发展最快的技术之一。

生物芯片技术可广泛应用于农业、环境、食品、军事、医学等领域。生物芯片包括基因芯片、蛋白芯片和芯片实验室,其中,蛋白芯片是指那些检测蛋白质信号的生物芯片,它可同时检测多种疾病相关基因或蛋白,从而对遗传病、肿瘤、传染性疾病进行辅助诊断,所以它具有特别重要的临床应用价值。

生物芯片主要分为三大类:核酸芯片、蛋白芯片和芯片实验室。

蛋白芯片是检测蛋白质之间相互作用的生物芯片。目前研究中的蛋白芯片技术大多基于抗原和抗体特异性结合的原理,将多种蛋白质结合在固相基质(如特殊处理的玻片、有机膜片、硅微球等)上,检测生物样品所含有的可与之专一性结合的对应蛋白质。

酸芯片测定基因表达情况或基因突变情况,通常需要使用核酸体外扩增技术,易污染,目前尚不能直接应用于广泛的医学临床诊断。而蛋白芯片可直接从体液中检测特定蛋白质分子标记物,在临床诊断领域具有广阔的应用前景。

新生物制品第一类

根据国家药品监督管理局1999年4月发布的《新生物制品审批办法》的定义,生物制品是应用普通的或以基因工程、细胞工程、蛋白质工程、发酵工程等生物技术获得的微生物、细胞及各种动物和人源的组织和体液等生物材料制备,用于人类疾病预防、治疗和诊断的药品。新生物制品是指我国未批准上市的生物制品;已批准上市的生物制品,当改换制备疫苗和生物技术产品的菌毒种、细胞株及其他重大生产工艺改革对制品的安全性、有效性可能有显著影响时按新生物制品审批。

新生物制品审批实行国家一级审批制度。

新生物制品分为五类:

第一类:国内外尚未批准上市的生物制品;

第二类:国外已批准上市,尚未列入药典或规程,我国也未进口的生物制品;

第三类:1,疗效以生物制品为主的新复方制剂。2,工艺重大改革后的生物制品;

第四类:1,国外药典或规程已收载的生物制品。2,已在我国批准进口注册的生物制品。3,改变剂型或给药途径的生物制品。

第五类:增加适应症的生物制品。 (光利)

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