申娜

王鵬飛

“今天你做核酸了嗎？”

在后疫情時代，這句話已經(jīng)逐漸成為人們生活中會面常用的新型“問候”方式，但或許大多數(shù)人都沒有深入探究過：核酸到底是什么？核酸檢測又是在檢測什么？

作為生物遺傳信息的載體，核酸廣泛地存在于每個生物體內(nèi)，而它們更為人熟知的稱呼，是DNA與RNA，即脫氧核糖核酸與核糖核酸。病毒核酸檢測，正是利用科學(xué)檢測手段，如熒光定量PCR（聚合酶鏈式反應(yīng)）技術(shù)，檢測人鼻咽拭子中是否含有屬于病毒的特異核酸序列，進而判斷人體是否被病毒侵染。

“然而，核酸分子除了具有基本的生物功能外，其本身的分子結(jié)構(gòu)也令人著迷?！眮碜陨虾＝煌ù髮W(xué)醫(yī)學(xué)院分子醫(yī)學(xué)研究院的研究員王鵬飛說道。的確，核酸分子中的基本單位——核苷酸，由一分子含氮的堿基、一分子五碳糖和一分子磷酸組成，而其中A（腺嘌呤）、G（鳥嘌呤）、C（胞嘧啶）、T（胸腺嘧啶）/U（尿嘧啶）幾個堿基特異性的配對組合使得核酸分子結(jié)構(gòu)的相互作用穩(wěn)定至極，堪稱完美，讓人不由感嘆自然的神奇。也正因如此，核酸分子具有成為優(yōu)質(zhì)生物材料的“先天優(yōu)勢”。在材料學(xué)與生物醫(yī)學(xué)交叉領(lǐng)域探索前行十余年，王鵬飛始終瞄準核酸分子醫(yī)學(xué)這一前沿領(lǐng)域，致力通過核酸分子可控組裝，構(gòu)建精準材料，推動分子醫(yī)學(xué)的發(fā)展，為國人健康事業(yè)謀求更大福祉。

“一切物質(zhì)均可以被稱作材料”

與身邊一些被調(diào)劑進入專業(yè)學(xué)習(xí)的同學(xué)不同，天津大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)是王鵬飛高考志愿表上的第一志愿，“我從高中時代起，就對化學(xué)很感興趣”。但即便已經(jīng)將專業(yè)課程在腦海中想象了很多遍，也問遍了身邊人對于這一專業(yè)的了解，在真正進入系統(tǒng)學(xué)習(xí)之后，王鵬飛還是為材料學(xué)所涵蓋范圍之廣闊而驚訝，“本來以為只會學(xué)一些常見的金屬、塑料等材料，沒想到還要涉及無機非金屬、高分子材料的合成與成型加工等方向，這讓我認識到，一切物質(zhì)都可以被稱作材料”。

對專業(yè)認知的提升賦予了王鵬飛更廣闊的探索視野，從高分子材料的合成制備等相關(guān)實驗中，他窺見了生物材料的未來。2003年，SARS冠狀病毒暴發(fā)，于同年升學(xué)的王鵬飛也曾親歷這場“斗爭”，突如其來的災(zāi)難使得公眾在其后多年內(nèi)對醫(yī)學(xué)、生物技術(shù)等相關(guān)行業(yè)的發(fā)展空前關(guān)注，大力推動了生物科學(xué)技術(shù)的進步，甚至當時一度有言稱“21世紀將是屬于生物科學(xué)的世紀”。這一發(fā)展態(tài)勢讓本就對生物材料頗感興趣的王鵬飛更篤定了自己未來的職業(yè)目標——走入化學(xué)與生物科學(xué)的交叉領(lǐng)域，用自己所學(xué)為國人健康保駕護航。

理想的坐標變得清晰，前進的步伐就變得愈發(fā)堅定。碩士期間，王鵬飛開始有意識地培養(yǎng)自己的科研素養(yǎng)，幸運的是，他參與的首個研究項目便意義重大?！按T士時期，我參與的第一個課題是利用重構(gòu)的人膠原蛋白材料交聯(lián)形成水凝膠體系，制備人工眼角膜。當時了解到，由志愿者捐獻的眼角膜其實遠不能滿足臨床上的需求，所以，人工眼角膜的制備一旦得以推廣，在臨床上的應(yīng)用前景必定是十分光明的。第一次參加科研就能接觸到具有如此重大現(xiàn)實意義的課題，我覺得很榮幸，也很有意思。”科研者的信心往往正是來自“成果可能造福民生”的成就感，但就在項目取得階段性成功之后，王鵬飛在學(xué)業(yè)方面卻逐漸陷入了迷茫。

“那個時候不太明確自己的職業(yè)規(guī)劃，是不是要繼續(xù)讀博，未來的研究方向應(yīng)該是什么……都沒太想清楚?！边@時，來自導(dǎo)師劉文廣教授的一句“靈魂拷問”——“你有沒有出國留學(xué)的打算？”恍然間點醒了王鵬飛，既然國際上有更前沿的知識與技術(shù)值得追尋，為什么不去長長見識，將技術(shù)“引”回來呢？于是，在詢問了一眾遠赴海外深造的學(xué)長、學(xué)姐后，再加上導(dǎo)師和女友的鼓勵與支持，王鵬飛深覺振奮，沒做太多猶豫就加入了備考托福、美國研究生入學(xué)考試（GRE）的隊伍之中?；蛟S越努力的人真的會越幸運，不久后他就接到了來自美國工程類頂尖高校——普渡大學(xué)（Purdue University）拋出的橄欖枝,值得一提的是，中國的“兩彈元勛”鄧稼先、第一代火箭專家梁思禮、熱能工程奠基人陳學(xué)俊和王補宣均畢業(yè)于此。

但“天將降大任于是人也，必先苦其心志”，初至美國的日子對于王鵬飛而言并非一帆風(fēng)順，除了生活上要忙于安頓自己和妻子，科研上他還經(jīng)歷了頻繁更換導(dǎo)師的“坎坷”?！澳嵌螘r間真的是很不走運，我的前兩任導(dǎo)師相繼因為家庭原因辭職離開了學(xué)校?！敝敝僚龅矫\德老師，王鵬飛在他鄉(xiāng)漂泊不定的一顆求索之心，才算真正安定了下來?！懊蠋熓且晃皇种t和、聰慧的學(xué)者，他是美國紐約大學(xué)納德里安·西曼（Nadrian Seeman）教授的學(xué)生，而Seeman教授正是核酸分子組裝（業(yè)內(nèi)習(xí)慣稱為DNA納米技術(shù)）領(lǐng)域的開創(chuàng)者。跟隨毛老師，我學(xué)習(xí)到了很多核酸分子設(shè)計、自組裝方面的理論與技能，其中最令我難忘的課題是RNA折紙技術(shù)的開發(fā)?！?/p>

據(jù)王鵬飛介紹，實驗中用于折紙組裝的均為DNA分子，這是因為其穩(wěn)定性更為優(yōu)越，同為核酸的RNA折紙技術(shù)則由于其自身易降解的特點，在此前很長一段時間里都是科研人員難以攻克的壁壘之一。到底如何才能實現(xiàn)RNA的折紙自組裝？這個疑問一直縈繞在王鵬飛的腦海當中，經(jīng)久不散。在得知一位“直系學(xué)姐”曾對此課題研究失敗之后，王鵬飛下定決心要吸取前人經(jīng)驗，挑戰(zhàn)自己，“破而后立”。終于，在夜以繼日的努力及導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)之下，RNA折紙技術(shù)獲得成功。“這是一次為我樹立科研信心的重要突破?！蓖貔i飛說。

“用90%的失敗經(jīng)驗換取10%的成功”

克服困難收獲的創(chuàng)新成果縱然值得欣喜，但科研的無限美好仍需“孜孜不倦”來繪就。博士后時期，王鵬飛輾轉(zhuǎn)至素有“南方哈佛”之稱的美國埃默里大學(xué)醫(yī)學(xué)院繼續(xù)開展研究，在這里，他真正開始思考科學(xué)的現(xiàn)實意義與自身研究的價值，“我雖然在核酸材料體系的理論與實驗領(lǐng)域打下了一定的基礎(chǔ)，但并沒有切實地將其應(yīng)用于實際生活的經(jīng)驗。那時，我就開始萌生了面向生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域深入探索的念頭?！?/p>

將王鵬飛真正引上這條實踐之路的課題，叫作“構(gòu)建基于核酸分子材料的抗癌藥物納米遞送體系”。癌細胞的病變離不開特定蛋白的異常表達，而由王鵬飛開發(fā)的這一遞送體系恰好可以在此過程中遞送藥物干擾這些蛋白的表達，“當我們設(shè)法將細胞中的信使RNA切斷之后，由它翻譯的蛋白自然就無法表達了，這個時候，癌細胞就會逐漸死亡，進而腫瘤開始變小”。

原理雖然簡潔，但研發(fā)過程卻并不像聽上去這般“云淡風(fēng)輕”。彼時初出茅廬、缺乏醫(yī)學(xué)“實戰(zhàn)”經(jīng)驗的王鵬飛遇到的首個問題就是無從下手，對于眾多種類的癌癥疾病機理的未知、對于醫(yī)療臨床手段的不理解讓他深刻認識到“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”的道理。探索基本等同于從零開始，所以他別無選擇，只能潛心研究，勤于請教，與臨床醫(yī)生廣泛合作。他在短時間內(nèi)廣泛閱讀了一眾文獻，也做了大量嘗試，最后才終于在動物體內(nèi)實現(xiàn)了對小細胞肺癌較為理想的靶向抑制作用，實驗宣告成功。這不是王鵬飛第一次收獲項目的成功，但對他而言卻是意義非凡的一次?！斑@一研究的成果使我意識到核酸分子材料具有廣闊的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用前景，也更加堅定了前進的方向。同時，科學(xué)研究之路總是伴隨著失敗，正印證了那句‘路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索’。而有意思的是，在英語中，表示研究的詞是‘research’，若將其拆解，‘search’為‘求索、探索’的意思。而‘re-’這個前綴，正有‘重復(fù)、多次’的含義。這表明，重復(fù)地探索才是科研的常態(tài)。即便科研過程中90%的時間都在面對失敗，也要用這些失敗來總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，不忘初心、砥礪前行，才可能迎來那10%的成功?！?/p>

“醫(yī)院是生物醫(yī)學(xué)研究轉(zhuǎn)化的主陣地和試煉場”

2018年9月，王鵬飛學(xué)成歸國，加入上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院分子醫(yī)學(xué)研究院（以下簡稱“分子醫(yī)學(xué)研究院”）任研究員。談及歸國初心，他擲地有聲：“無論在海外待了多少年，取得多大成就，回來都是必行之路。所學(xué)的知識要落在祖國大地上，為祖國人民謀求福祉，才算適得其所。”而之所以選擇分子醫(yī)學(xué)研究院，除了研究院的創(chuàng)始人之一是致力于攻克癌癥的分子醫(yī)學(xué)“大咖”——譚蔚泓院士以外，最吸引王鵬飛的魅力點在于，這座研究院就坐落于上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟醫(yī)院之中，這意味著科研人員可以與一線的臨床醫(yī)學(xué)從業(yè)者進行及時、有效的交流，從他們的視角來看待醫(yī)學(xué)的發(fā)展，面向直觀的臨床需求，從而開展有意義的生物醫(yī)學(xué)研究。

經(jīng)過縝密思考與調(diào)研，王鵬飛很快便認識到，在現(xiàn)代臨床醫(yī)學(xué)中，精準且全面的分子診斷是對疾病進行有效預(yù)防和治療的重要保障。目前，利用分子檢測技術(shù)對疾病標志物，如核酸、蛋白、小分子等進行定性與定量分析已在臨床上得到了廣泛的應(yīng)用。然而，臨床應(yīng)用中的分子檢測體系大多只可針對單一疾病標志物進行檢測，難以實現(xiàn)對多種標志物的同時高效檢測，這是制約其發(fā)展與應(yīng)用的關(guān)鍵問題之一。因此，深入研究與開發(fā)可特異、靈敏的識別多種疾病標志物的分子檢測方法和技術(shù)，具有巨大的臨床應(yīng)用前景。

為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，王鵬飛帶領(lǐng)其科研組在2019年主持承擔(dān)了首個國家自然科學(xué)基金面上項目“DNA編程邏輯傳感器及其在疾病診斷中的應(yīng)用”，將生物傳感器的設(shè)計這一核心科學(xué)問題作為切入點，研發(fā)可對多種疾病標志物進行聯(lián)合檢測的分子檢測系統(tǒng)，提高疾病診斷的準確率與全面性。謀定而后動，此項目采用了DNA納米技術(shù)對金納米棒和熒光生物探針進行精準組裝，制備可輸出光學(xué)手性-熒光信號的分子傳感器，同時開發(fā)可對疾病靶標分子的生物信號進行有效放大的智能體系，以顯著提高邏輯生物傳感器的靈敏性，最后再將邏輯生物傳感器應(yīng)用于復(fù)雜生物體系和實際病人樣本，系統(tǒng)考察和優(yōu)化其對多種標志物的聯(lián)合檢測，逐步推向臨床。

王鵬飛研究團隊合影

而針對人人談之色變的“癌癥”，王鵬飛也從未忽視，始終堅守相關(guān)研究，他選擇循著博士后期間的科研課題繼續(xù)砥礪前行，依托國家重點研發(fā)計劃課題下的子課題“惡性腫瘤等重大疾病精準診斷與監(jiān)護生物傳感系統(tǒng)”，對癌癥檢測靈敏度低、特異性差的共性問題再次進行深入探究，旨在利用核酸適體的分子識別特性，構(gòu)建多價高親和的分子識別元件、多靶標分子識別技術(shù)與基于核酸擴增的級聯(lián)信號放大技術(shù)，從而進一步提高癌癥檢測的靈敏度、特異性、智能性和便攜性。

雖然科學(xué)的發(fā)展已為疾病診療帶來了長足的進步，但癌癥、心血管、代謝性等重大疾病對人類健康和生活質(zhì)量造成的威脅仍然不可小覷。未來，面向習(xí)近平總書記提出的“人民健康是民族昌盛和國家富強的重要標志”的號召，王鵬飛表示將繼續(xù)在科研之路上篤行不怠、踵事增華，與眾多同仁一起獻力人民健康與經(jīng)濟社會協(xié)調(diào)發(fā)展的國家戰(zhàn)略。更重要的是，他將始終堅守核酸分子醫(yī)學(xué)這一科研方向，他說：“生物醫(yī)學(xué)相關(guān)研究的起點或許在實驗室，但研究成果進行轉(zhuǎn)化的主陣地和試煉場卻是在醫(yī)院，終極目標必定是造福病人”。