王鵬元 灣區(qū)逐夢(mèng) 材料生物學(xué)的拓荒者

曾小苑

細(xì)胞是人體中最基本的結(jié)構(gòu)與功能單位，有健康的細(xì)胞才能擁有健康的生命。過(guò)去10年，細(xì)胞生物學(xué)家一直嘗試對(duì)貼壁細(xì)胞進(jìn)行調(diào)控。為了找出細(xì)胞與特定結(jié)構(gòu)之間的關(guān)係，一直以來(lái)，生物學(xué)家對(duì)人造細(xì)胞外基質(zhì)表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工時(shí)，都是運(yùn)用半導(dǎo)體方法，製備出規(guī)則且尺寸清晰的微納結(jié)構(gòu)，借此找出細(xì)胞與特定結(jié)構(gòu)的關(guān)係。半導(dǎo)體方法的優(yōu)勢(shì)就是精準(zhǔn)，但缺點(diǎn)就是又慢又貴，而且一般的生物實(shí)驗(yàn)室根本不可能有這類設(shè)備。因此，為了克服這個(gè)問(wèn)題，王鵬元團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種新的人造細(xì)胞外基質(zhì)。

學(xué)霸養(yǎng)成記：白大褂與醫(yī)生夢(mèng)

從小對(duì)數(shù)理化有著深厚的興趣與優(yōu)異的成績(jī)，似乎早已註定王鵬元會(huì)成為一個(gè)理工男。對(duì)新鮮事物有著高度好奇心的他，以全系第一名的成績(jī)畢業(yè)於臺(tái)北科技大學(xué)化學(xué)工程系，並被保送進(jìn)入臺(tái)灣大學(xué)化學(xué)工程研究所。那一年，王鵬元的心中燃起了對(duì)生物的好奇心?！府?dāng)時(shí)想象著能穿著白色實(shí)驗(yàn)衣在實(shí)驗(yàn)室裏面工作，遠(yuǎn)看也像個(gè)醫(yī)生，從此與細(xì)胞和生物結(jié)緣」。

在臺(tái)灣，化學(xué)工程是一門(mén)跨領(lǐng)域的學(xué)科，教授們的研究方向五花八門(mén)，有細(xì)菌發(fā)酵、程序控制、綠能材料、污水處理、半導(dǎo)體材料、生物醫(yī)學(xué)工程與生物材料等研究方向。在碩士期間，王鵬元對(duì)生物不僅有極大的好奇心，對(duì)生物化學(xué)與細(xì)胞學(xué)的相關(guān)課程也有濃厚的興趣。他一面學(xué)習(xí)著化工的專業(yè)科目，同時(shí)也努力學(xué)習(xí)生物化學(xué)與細(xì)胞學(xué)相關(guān)課程。兩年下來(lái)，王鵬元修習(xí)的課程遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了畢業(yè)要求，也順利的拿到了雙碩士學(xué)位——化學(xué)工程與醫(yī)學(xué)工程。

碩士畢業(yè)後，王鵬元準(zhǔn)備出國(guó)念博士，託福與GRE都考好了，但因?yàn)椴幌朐黾蛹抑械慕?jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，最後應(yīng)屆考取博士班成為學(xué)校課題組第一個(gè)博士生，留在了臺(tái)北科技大學(xué)。當(dāng)時(shí)，博士生需要通過(guò)資格考試且僅有兩次機(jī)會(huì)。資格考的科目全是化學(xué)工程學(xué)科裏最硬核難啃的科目，如高等流體力學(xué)、高等熱質(zhì)傳、單元操作與工程數(shù)學(xué)等，「這些科目我光聽(tīng)名字就不想打開(kāi)課本」，更殘酷的是，這些科目與王鵬元當(dāng)時(shí)的研究方向完全沒(méi)有關(guān)聯(lián)。在讀博士的前兩年，全身心投入的他，就像在讀兩個(gè)博士——白天念化工、晚上念生物。

從事多年研究後，王鵬元才意識(shí)到當(dāng)時(shí)那些資格考試的潛移默化的效果，正是在10多年交叉學(xué)科的培養(yǎng)之下，王鵬元才成為一個(gè)具備多種學(xué)科知識(shí)的學(xué)者，這對(duì)其後來(lái)研究有相當(dāng)大的幫助。在很多思考的模式和邏輯上，他發(fā)現(xiàn)自己比純生物背景的研究者有著更為廣闊的視野。

伯樂(lè)賞識(shí)「青千」人才入深圳

在加入中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院以前，王鵬元獲得了澳大利亞科學(xué)與工業(yè)研究院（SEIF）的資助，拿到了3年的博士後合同，先後在澳洲斯威本科技大學(xué)（SUT）擔(dān)任講師，在墨爾本大學(xué)與澳洲科學(xué)研究院（CSIRO）擔(dān)任兼職科學(xué)家，之後又成為了首位獲得澳大利亞傑出青年學(xué)者獎(jiǎng)（DECRA）的臺(tái)灣青年，獲得斯威本理工大學(xué)副校長(zhǎng)獎(jiǎng)和維多利亞州政府獎(jiǎng)學(xué)金，代表澳大利亞科學(xué)訪問(wèn)團(tuán)與中國(guó)科學(xué)家進(jìn)行了2周的實(shí)地交流，並拿到了6年的講師長(zhǎng)期合約，這樣的成績(jī)?cè)诎拇罄麃喌陌兹丝茖W(xué)家中都是非常少見(jiàn)的。

一次機(jī)緣巧合之下，王鵬元代表澳方參加科學(xué)家交流學(xué)會(huì)遇到了中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院院長(zhǎng)，在他的介紹和盛情邀請(qǐng)下，王鵬元對(duì)深圳的生物技術(shù)有了更全面的了解。2017年，王鵬元獲得國(guó)家「青年千人計(jì)畫(huà)」專案來(lái)到了深圳，並依託於中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)院醫(yī)藥所，成立了幹細(xì)胞生物工程實(shí)驗(yàn)室，並於2020年擔(dān)任深圳市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。

「回國(guó)做研究一直都在我的計(jì)畫(huà)之內(nèi)，而且中科院深圳先進(jìn)院是一個(gè)產(chǎn)學(xué)研的平臺(tái)，跟過(guò)去待在大學(xué)裏面的感受很不同。先進(jìn)院不大，但研究領(lǐng)域卻不少，包含醫(yī)藥、腦科學(xué)、機(jī)器人、大數(shù)據(jù)、人工智慧與合成生物等。先進(jìn)院也很重視科研成果的轉(zhuǎn)化應(yīng)用，希望技術(shù)能夠轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品，造福社會(huì)。當(dāng)時(shí)作為青年千人人引進(jìn)到深圳，這個(gè)選擇沒(méi)有錯(cuò)！」王鵬元說(shuō)。

未來(lái)可期 生命科學(xué)是前沿醫(yī)生

細(xì)胞是人體中最基本的結(jié)構(gòu)與功能單位，有健康的細(xì)胞才能擁有健康的生命?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)對(duì)細(xì)胞的操控能力愈來(lái)愈強(qiáng)，不論是從基因編輯的手段或是表觀遺傳的方法，人類一直渴望通過(guò)操控細(xì)胞來(lái)改變?nèi)祟惖拿\(yùn)，但距離實(shí)際應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走。

「伴隨著精準(zhǔn)醫(yī)療、個(gè)性化醫(yī)療的熱潮，未來(lái)某一天我們?cè)隗w外操控細(xì)胞，可能已經(jīng)不那麼遙遠(yuǎn)了?！褂伸秾?duì)改造細(xì)胞具有濃厚的興趣，過(guò)去10年，細(xì)胞生物學(xué)家一直嘗試對(duì)貼壁細(xì)胞進(jìn)行調(diào)控。為了找出細(xì)胞與特定結(jié)構(gòu)之間的關(guān)係，生物學(xué)家對(duì)人造細(xì)胞外基質(zhì)表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工，都是運(yùn)用半導(dǎo)體方法，製備出規(guī)則且尺寸清晰的微納結(jié)構(gòu)，借此找出細(xì)胞與特定結(jié)構(gòu)的關(guān)係。王鵬元認(rèn)為半導(dǎo)體方法的優(yōu)勢(shì)是精準(zhǔn)，但缺點(diǎn)就是又慢又貴，而且一般的生物實(shí)驗(yàn)室根本不可能有這類設(shè)備。因此，為了克服這個(gè)問(wèn)題，王鵬元團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種新的人造細(xì)胞外基質(zhì)。

人造細(xì)胞外基質(zhì)具有複雜多元的表面微納結(jié)構(gòu)，可以作為研究各種細(xì)胞行為的完美工具。其最大的優(yōu)點(diǎn)就是製備簡(jiǎn)單，又便宜又快，可高通量製備成材料庫(kù)。雖然此人造細(xì)胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)無(wú)法跟大型設(shè)備做的精準(zhǔn)度一樣，但能立即在所有的生物實(shí)驗(yàn)室中普及使用，這個(gè)工具將揭示許多未知的生物現(xiàn)象，帶來(lái)新的變革。

人造細(xì)胞外基質(zhì)開(kāi)發(fā)至今僅僅5年，已經(jīng)應(yīng)用在多個(gè)生物領(lǐng)域，包含幹細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞與微生物等，顯示出此材料寬廣的應(yīng)用性與巨大的潛力。其中一項(xiàng)應(yīng)用已經(jīng)轉(zhuǎn)化到臨床，即在人造細(xì)胞外基質(zhì)的輔助下，在體外快速擴(kuò)增稀少的腫瘤細(xì)胞。得到足夠的細(xì)胞數(shù)量後，可為癌癥病患進(jìn)行大量化療藥物的篩選，除了可以免除癌癥病患以身試藥的臨床難題，個(gè)人癌細(xì)胞的建庫(kù)則可以提供藥廠作新藥開(kāi)發(fā)，在醫(yī)藥領(lǐng)域有巨大的影響力。

「生命科學(xué)或是醫(yī)學(xué)關(guān)乎人類健康，不會(huì)有終點(diǎn)。人想活得健康快樂(lè)，一定會(huì)想辦法解決人體面臨的各種問(wèn)題，這樣醫(yī)學(xué)才會(huì)進(jìn)步。」王鵬元指出，通過(guò)操控細(xì)胞來(lái)改變?nèi)祟惖拿\(yùn)，實(shí)現(xiàn)這一構(gòu)想不僅僅需要目標(biāo)、願(yuàn)景和行動(dòng)，還需要攻克很多尚未解決的問(wèn)題，例如細(xì)胞材料在生物上面的應(yīng)用和反應(yīng)。王鵬元團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)，由於細(xì)胞的種類非常多，它們?cè)诓煌牧舷碌姆磻?yīng)如何，它們?nèi)绾蜗嗷プ饔?，這是細(xì)胞與生物學(xué)上非常重要的研究方向，「把材料進(jìn)行優(yōu)化是我們組非常重要的方向之一，另外一個(gè)方向是生物的應(yīng)用。」

王鵬元團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在所開(kāi)發(fā)的細(xì)胞外基質(zhì)，稱為仿生細(xì)胞外基質(zhì)，它能模擬體內(nèi)細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)的作用情況。

仿細(xì)胞外基質(zhì)研究可以培養(yǎng)稀少細(xì)胞，一些病狀例如癌癥在二線用藥完成後，醫(yī)生無(wú)法判斷用哪一種藥物的時(shí)候，過(guò)去只能通過(guò)檢測(cè)的方法去計(jì)算癌細(xì)胞在體內(nèi)的含量，進(jìn)而判斷病人的病情?！阜录?xì)胞外基質(zhì)能在體外擴(kuò)增一些細(xì)胞，擴(kuò)增後有非常大的潛力能應(yīng)用在病人身上?！雇貔i元認(rèn)為，人造細(xì)胞外基質(zhì)的第一個(gè)潛力是能夠幫助醫(yī)生為病人篩查用藥，這是精準(zhǔn)醫(yī)療的一部分。第二個(gè)潛力就是幫助建庫(kù)，將病人的病情、細(xì)胞等資料整合起來(lái)之後建立細(xì)胞資料庫(kù)，利用人造細(xì)胞外基質(zhì)可以收集到1萬(wàn)甚至10萬(wàn)個(gè)病人的資料，當(dāng)這個(gè)資料庫(kù)足夠大的時(shí)候，將這些資訊提供給藥廠，作為新藥開(kāi)發(fā)的依據(jù)。那麼如癌癥或其他慢性病的治療，就會(huì)有新突破。

深圳一個(gè)酷似臺(tái)北的城市

作為8 0後，王鵬元生長(zhǎng)於臺(tái)灣經(jīng)濟(jì)爆發(fā)的時(shí)代，人民安居樂(lè)業(yè)，但現(xiàn)在的臺(tái)灣經(jīng)濟(jì)卻在衰退。來(lái)深圳前，王鵬元也曾回臺(tái)灣工作過(guò)，他背井離鄉(xiāng)、孤身一人在澳大利亞打拚將近10年，對(duì)回鄉(xiāng)工作充滿了期待。但在臺(tái)灣兩年的時(shí)間裏，他發(fā)現(xiàn)臺(tái)灣存在著諸多問(wèn)題——少子化、年輕人不願(yuàn)從事科研，尤其是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。在幾經(jīng)掙扎之後，他最終決定放棄臺(tái)灣的正式教職，前往位於粵港澳大灣區(qū)的深圳工作。

來(lái)深圳後，王鵬元最大的體會(huì)是這裡的人都在努力奮鬥著。深圳外來(lái)人口多，這點(diǎn)跟他小時(shí)候生活的臺(tái)北市有點(diǎn)像，一到春節(jié)或長(zhǎng)假，整座城市宛如空城?！干钲谑且蛔苡蚂秳?chuàng)新的城市！」深圳人的平均年齡在30歲左右，是一個(gè)充滿活力與動(dòng)力的城市。而緊鄰香港、澳門(mén)的優(yōu)越地理位置，讓三地人員的交流往來(lái)更為便捷。王鵬元認(rèn)為，三地高校和科研院所的資源融合學(xué)習(xí)，將進(jìn)一步提升深圳科研創(chuàng)新環(huán)境，加之大灣區(qū)蓬勃發(fā)展的助力，未來(lái)將大有可為！