跨界自學(xué)，將編程計(jì)算技術(shù)融入傳統(tǒng)生物學(xué)研究;從頭做起，組建多學(xué)科團(tuán)隊(duì)……在中科院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院研究員彭廣敦看來(lái)，做科研最快樂(lè)的地方，就是取得一點(diǎn)進(jìn)步，就很有獲得感。不斷學(xué)習(xí)、不斷嘗試、不斷突破，他一直致力于揭示干細(xì)胞發(fā)育的規(guī)律，期待為醫(yī)學(xué)發(fā)展打開(kāi)一扇新的窗口。
在中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院的實(shí)驗(yàn)室里，80后研究員彭廣敦穿著一件白大褂，全神貫注地操作著顯微儀器。
顯微儀器下，藍(lán)色試劑浸染過(guò)的標(biāo)本，薄薄一片。在彭廣敦的解說(shuō)中，每一個(gè)細(xì)胞都充滿(mǎn)生命的活力，“細(xì)胞成長(zhǎng)的過(guò)程就好比一場(chǎng)音樂(lè)會(huì)，不同的樂(lè)器發(fā)出不同的聲音，從而形成一首美妙的協(xié)奏曲。研究這個(gè)過(guò)程，能揭示細(xì)胞發(fā)育的規(guī)律?！?/span>
理解具有特定功能細(xì)胞的變化能力與規(guī)律
2009年，彭廣敦從中科院原上海生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所博士畢業(yè)，幾年后進(jìn)入中科院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院，承擔(dān)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“干細(xì)胞及轉(zhuǎn)化研究”重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)、中科院“器官重建與制造”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)等項(xiàng)目。2017年，廣州再生醫(yī)學(xué)與健康廣東省實(shí)驗(yàn)室成立，彭廣敦加入實(shí)驗(yàn)室細(xì)胞譜系中心，從事干細(xì)胞發(fā)育譜系方面的研究。
干細(xì)胞可以在實(shí)驗(yàn)室里培養(yǎng)，不斷增殖，分化為人體中需要的各種功能性細(xì)胞。應(yīng)用這些分化出來(lái)的功能細(xì)胞，就有可能實(shí)現(xiàn)再生醫(yī)學(xué)的治療方式。近年來(lái)，干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)研究越來(lái)越引人關(guān)注。但如何認(rèn)識(shí)并獲得合適的干細(xì)胞，是目前相關(guān)領(lǐng)域的研究瓶頸。
彭廣敦一直想找到胚胎發(fā)育中時(shí)間和空間的編碼規(guī)律。“胚胎發(fā)育就像是建造一座建筑，早期時(shí)段會(huì)繪制一張藍(lán)圖，以后各細(xì)胞成長(zhǎng)的走向都依照藍(lán)圖來(lái)進(jìn)行?！彼f(shuō)。
“但用一張圖來(lái)解釋胚胎的發(fā)展過(guò)程還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，需要很多張圖，記錄不同時(shí)期的胚胎發(fā)展，形成一部‘動(dòng)畫(huà)’?！迸韽V敦的研究，就是描繪胚胎發(fā)展的時(shí)間和空間變化圖，從而清晰地追蹤這些細(xì)胞從哪里來(lái)，經(jīng)歷了怎樣的過(guò)程，又去向哪里。
他介紹，通過(guò)獲得這些具有特定功能的細(xì)胞，理解細(xì)胞變化的能力和規(guī)律，從而將其進(jìn)行移植或者再造應(yīng)用，可以為未來(lái)的醫(yī)學(xué)發(fā)展打開(kāi)一扇新的窗口。
進(jìn)行跨學(xué)科研究，新技術(shù)帶來(lái)新思路
彭廣敦博士畢業(yè)后，本打算去企業(yè)工作。偶然間，他得到了一個(gè)計(jì)算生物學(xué)研究領(lǐng)域的工作機(jī)會(huì)。然而，對(duì)于沒(méi)有編程基礎(chǔ)的彭廣敦來(lái)說(shuō)，這意味著必須邊工作邊自學(xué)。新領(lǐng)域帶來(lái)的壓力，反而成了極大的動(dòng)力，讓他看到了從事科研新的可能，也更加堅(jiān)定了他要繼續(xù)走科研之路的決心。
這段跨界經(jīng)歷，為彭廣敦做研究提供了新思路。他發(fā)現(xiàn)，將編程計(jì)算技術(shù)融入傳統(tǒng)生物學(xué)研究中，通過(guò)測(cè)序并結(jié)合計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行挖掘，可以實(shí)現(xiàn)多角度、連續(xù)動(dòng)態(tài)無(wú)偏差地觀(guān)察細(xì)胞的變化路徑。
彭廣敦和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，此前單細(xì)胞分析方法會(huì)丟失細(xì)胞在體內(nèi)原有的位置信息，“鋪陳藍(lán)圖這個(gè)時(shí)期的胚胎直徑只有300微米，比一根頭發(fā)絲還細(xì)，要結(jié)合新的更精密的技術(shù)方法組合分析?！?/span>
在經(jīng)歷反復(fù)搭建、嘗試新的技術(shù)體系之后，2019年，彭廣敦課題組聯(lián)合其他課題組共同繪制了細(xì)胞成長(zhǎng)軌跡三維立體圖，發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊上。
這項(xiàng)研究首次構(gòu)建了小鼠早期胚胎著床后發(fā)育時(shí)期高分辨率時(shí)空轉(zhuǎn)錄組圖譜，獲得了超2萬(wàn)個(gè)基因從時(shí)間和空間上的表達(dá)模式;首次從分子層面揭示了內(nèi)胚層譜系的新來(lái)源，為理解胚層譜系建立及多能干細(xì)胞的命運(yùn)調(diào)控機(jī)制，提供了翔實(shí)的數(shù)據(jù)，也為基于干細(xì)胞的再生醫(yī)學(xué)研究提供了全新思路。
“做科研最快樂(lè)的地方，是取得一點(diǎn)進(jìn)步，就很有獲得感。”彭廣敦說(shuō)。目前，這項(xiàng)技術(shù)已成功應(yīng)用于小鼠大腦發(fā)育、肝臟腫瘤學(xué)等研究中，能夠還原生理、病理狀態(tài)下組織和器官層面重要的分子動(dòng)態(tài)特征。
科研是長(zhǎng)期的事業(yè)，張弛有度才能持久
彭廣敦的科研之路并非一帆風(fēng)順，“每往前走一步，往往會(huì)有更多問(wèn)題?！迸韽V敦說(shuō)。
回憶起剛開(kāi)始帶團(tuán)隊(duì)做科研的經(jīng)歷，彭廣敦坦言遇到過(guò)不少坎，“團(tuán)隊(duì)一開(kāi)始沒(méi)有知名度，招學(xué)生都難，只能四處推銷(xiāo)自己?！眻F(tuán)隊(duì)早期招來(lái)的學(xué)生，學(xué)科背景跨度比較大，數(shù)學(xué)、工程、人工智能、生物等專(zhuān)業(yè)都有。每次開(kāi)組會(huì)，彭廣敦會(huì)花更多時(shí)間去講解實(shí)驗(yàn)的意義和進(jìn)展，讓大家更充分地投入研究，激發(fā)持續(xù)探索的動(dòng)力。
科研創(chuàng)新需要跨學(xué)科的人才。漸漸地，彭廣敦發(fā)現(xiàn)多學(xué)科的團(tuán)隊(duì)常常帶來(lái)意外收獲。成員間的互相討論，經(jīng)常碰撞出思維的火花，“大家相互啟發(fā)、打氣，感覺(jué)自己并不孤單，充滿(mǎn)干勁?！痹谒磥?lái)，向他人學(xué)習(xí)有助于保持清醒，不斷突破已有的認(rèn)知框架，追尋新的發(fā)現(xiàn)。
細(xì)胞成長(zhǎng)軌跡三維立體圖的研究成果發(fā)表后，彭廣敦的壓力更大了。他發(fā)現(xiàn)，近兩年，國(guó)際上相關(guān)領(lǐng)域的研究逐漸增多，有的團(tuán)隊(duì)在人員、設(shè)備、技術(shù)上都很有優(yōu)勢(shì)。“近些年，國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)研究的創(chuàng)新氛圍愈發(fā)濃厚，鼓勵(lì)嘗試、允許試錯(cuò)。”彭廣敦說(shuō)：“但時(shí)間、資源有限，如果長(zhǎng)期摸索不到正確的方向，就面臨著錯(cuò)過(guò)機(jī)會(huì)的風(fēng)險(xiǎn)。”
如何排解科研的緊迫感帶來(lái)的壓力?出生于文藝家庭的彭廣敦在工作之余，常從音樂(lè)、書(shū)籍中得到心靈的放松。交響樂(lè)、科幻小說(shuō)中的詞語(yǔ)，也常常變成他在研究中形象生動(dòng)的比喻，啟發(fā)他從新角度看待科研。
“科研是長(zhǎng)期的事業(yè)，張弛有度才能持久。保持好的心態(tài)，才能更好地做科研?！?/span>未來(lái)，彭廣敦與團(tuán)隊(duì)希望在干細(xì)胞時(shí)空譜系研究上繼續(xù)取得突破。
