走过曲曲折折的走廊,穿过带有负压装置的6道密闭门,方能抵达细胞房;为防止气溶胶混进来引发污染,分子实验室的窗户,5年时间从未打开……美高梅mgm集团2288姚凯团队,整天忙碌在幽闭暗黑的实验室,但他们心中只有一个信念:为失明者打开光明的眼窗。
3月17日,国际顶级期刊《实验医学杂志》发表姚凯团队的最新科研成果“新型通用基因编辑工具”,世界生物医学界为之侧目。美国科学院院士、眼科专家 Palczewski 教授专门撰文给予高度评价:“该项技术具有重大的临床应用潜力,几乎适用于包括眼部疾病在内的所有已知人类遗传疾病。”
这是“80后”姚凯教授带领“90后”博士生团队创造的医学奇迹。
(国际顶级期刊《实验医学杂志》上的论文截图。)
挑战神经性失明这个“不治之症”
(姚凯团队在实验中。 程毓 摄)
2015年,姚凯在耶鲁大学从事眼科学与视觉科学博士后研究时,曾亲眼所见,一位年轻的失明者在导盲犬的引导下,上门向医生求援:“我的世界里一片漆黑,没有色彩!我多么渴望能看见,而不是去听一部好莱坞大片……”
然而,当医生语调沉痛地告诉失明者,她罹患的是神经性失明,而非器质性失明,目前的医术尚没有解决之道时,年轻患者脸上满怀期待的“火焰”熄灭了。她绝望地用头“砰砰”直撞墙,直到额头上鲜血淋漓。
这一难忘而又难受的一幕,深深地烙印在姚凯心中。失明者对光明的深切渴望,激发了姚凯的决心:“我一定要挑战神经性失明这个‘不治之症’!”
2017年回国后,姚凯进入美高梅mgm集团2288视神经科学与干细胞工程研究院,专攻神经性失明这一顽症。器质性眼疾,已有成熟的治疗方法。比如,白内障,可以更换人造晶体;近视眼,做激光手术就可修复。然而,因视网膜神经细胞死亡而导致的失明,如视网膜色素变性、青光眼、老年黄斑变性、糖尿病视网膜病变等,尚没人攻克。
“身上的任何组织几乎都可以换,唯独神经换不了,这就比如人没法换脑袋。神经性失明的治疗前景,只能是瞄准基因修复这‘千古华山一条路’!”姚凯告诉记者,科研起步是从“纸上谈兵”开始的,他每天在本子上记录自己的“异想天开”。翻阅那两年的笔记,密密麻麻的英文字母和各种符号的圈圈点点,对于门外汉而言犹如“天书”。正是这些“灵感”,让他找到了突破方向。
“世之奇伟、瑰怪,非常之观,常在于险远”。2019年,晋级为博士生导师的姚凯,组建起自己的“博士团队”,瞄准“研发新的基因编辑工具,治疗因视觉神经疾病而引起的失明”这一“人迹罕至”的前沿科研领域,发起了科研冲锋。
神经性失明由100多个基因突变导致,每个基因突变的位点不同。设计新的基因编辑工具,既要能突破“突变类型”的限制,又要能突破“突变位置”的限制,并且还要能高效地进入濒临死亡的神经细胞,修复突变、挽救细胞,技术难度可想而知!
科研之路荆棘丛生,朝气蓬勃的姚凯团队在黑暗中寻找光明。
在基因世界里寻找那把“魔剪”
科研的过程,是智力的较量。
起先,姚凯团队构建了各式各样的基因编辑工具,在细胞上实验,都没有效果,实验一次次陷入困境。他们不断改变编辑方式,将先导编辑器与无PAM序列限制的突变体相结合,终于构建了一种新的基因编辑工具,在细胞上实验效果很好。姚凯将该新型基因工具命名为PESpRY。
在体外细胞上成功,并不意味着在体内也成功。他们开始在小鼠的眼睛上做实验,新的难题接踵而至:新的基因编辑工具有8000多个碱基,一个病毒载体的承载量只有4000个左右,没法用一个病毒载体带入体内,怎么办?
经过反复设计与构想,他们决定采取双系统,把原有的编辑工具拆为两段,注射入眼体后,再重新组装起来,通过靶向精准地找到突变的基因,启动自动修正。经过无数次实验,他们获得成功。姚凯感慨道:“我们仿佛从基因世界里寻找到了那把‘魔剪’!”
科研的过程,是技术的比拼。
小鼠的眼睛只有绿豆大小。姚凯用微量注射器,把基因组注射入小鼠的眼睛。针头要穿过眼角膜、晶状体、视网膜,准确抵达视网膜后的空隙,注射者看不见注射的位置,那个空隙也比头发丝还细。
姚凯凭借10多年练就的手感,完全在“盲打”的状态下,完成了一次又一次注射工作。放在显微镜下观察,眼球的覆盖率完好。
科研的过程,是意志的考验。
一张“签离表”,折射出姚凯团队别样的精神。实验室墙上贴着一张与别的单位“打卡签到”反其道而行之的新生事物——“签离表”。姚凯解释说,团队20多名师生几乎每天都工作到晚上11点之后,因多次发生团队成员做实验忘了时间被反锁在实验室里,所以要求大家每晚离开时在“签离表”上签名,最后离开的人见“签离表”满员才锁门。
负责小鼠试验的博士生张士尧,每天在黑暗的房间里一待就是十几个小时。小鼠生性敏感,任何味道和声音都会影响实验数据,所以,她不能用有香气的生活用品,也不能戴发出声音的首饰,每天都必须轻手轻脚温柔对待小鼠。3年多来,张士尧平均每天300多次躬身弯腰,虽是“95后”却早早患上腰椎间盘突出……
“科学有险阻,苦战能过关。”姚凯团队设计出的新型通用基因编辑工具,让失明小鼠恢复视力,重见光明,“硬核”成果轰动世界。作为署名作者的四位“90后”博士生覃欢、张文良、张士尧和冯源,均为科研骨干。
要让失明者“打一针管终生”
(“80后”导师和“90后”博士生团队。 程毓 摄)
喜讯传来,原本应该额手称庆的姚凯团队,却个个屏声静气,陷入漫长的等待。姚凯坦陈:“最折磨人的不是科研攻关中遇到的困难,最难受的却是前景难卜的等待。”
姚凯团队把基因编辑工具打入小鼠的眼球后,每过一个月,将治疗组的小鼠、正常的小鼠、失明的小鼠分别放入各种实验箱里,检测小鼠的感光反应,通过对比实验数据,验证治疗的效果。
“第一个月最难熬。”最早进入团队的博士生覃欢说,大家每天在忐忑中度过,小心翼翼地做对照实验。“治疗组的小鼠已能感光。”当她宣布结果时,全组师生兴奋不已。
接下来,又等待下一个月的到来。目前,治疗组的小鼠最短的有四个多月,最长的已有500多天,相当于人类的50多岁。实验证明,经过基因治疗的失明小鼠都重新见到了光明。
小鼠的寿命一般两年半,姚凯团队还在继续等待中。“期待小鼠在800多天时,眼睛依然能感光,那意味着小鼠的神经性失明彻底治愈。”姚凯告诉记者,“这项技术用于临床之后,我们追求的目标是‘打一针管终生’。医者父母心,我们既希望失明者治疗复明之后,不再受到二度失明的折磨,又希望一针治愈能减少治病的费用。”
然而,等待最是折磨人心。团队师生都收到过姚凯送的箴言,仿佛一碗碗“心灵鸡汤”。他们把箴言贴在桌子上,时时激励自己。每次做汇报时,PPT第一页都是姚凯送的箴言。姚凯送给博士生覃欢的箴言是:“技术不过关,理想变空谈。”经年累月猫在实验室,覃欢偶尔心生浮躁。但只要看一看箴言,她的心境立刻平复,重新专注地看文献、做实验、写论文。
这次“用基因疗法,使后天性失明的小鼠复明”的科研成果,是姚凯团队继2018年在国际顶级期刊《自然》上发表“用干细胞方法,使先天失明的小鼠复明”科研成果之后的又一项重大突破。
“神经生物学是古老而神秘的学科。越神秘留给我们的空间越大,当然挑战也越大。”姚凯团队的科研步履永不停歇,他们朝着800多天的终极目标,勇敢冲刺、再度出发……(光明日报全媒体记者严德勇、夏静、张锐 通讯员程毓)
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