這項高科技，能看穿人體細胞運動，推動多種疾病治療

陳良怡，北京大學分子醫學研究所教授、博士生導師、知名學者。

這是一刻talks講者陳良怡在一刻talks【未來大會】上的演講。他給我們介紹了生物醫學研究最核心的目的是讓人們能夠更清楚地了解自己、了解健康的狀態以及疾病的發生過程，並透過生物影像科技帶來的直觀感受讓我們更清晰地看見人體細胞的運動狀態。

文章3436字，閱讀需要9分鐘

陳良怡x一刻talks【未來大會】完整版

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生物醫學研究最核心的目的

原來讀書的時候，其實我是在一個工程類的大學上的學。在這時間的變異過程中，我逐漸進入了這個生物醫學的研究中，我的所有的同學都在做一些IT，比如說大的IT公司，然後做聊天機器人，或者是這種大數據的分析。我們經常閑下來會說，你怎麼會去做生物了，你也去穿著白大褂，然後養小老鼠養細胞嗎？

那麼我在這兒其實想向大家說的是，生物其實不僅僅是穿著白大褂養細胞、養老鼠、做實驗，其實它還包含了很多很多其他的東西。那麼我在這兒就想向大家介紹一下，我們正在做的一些東西，就是生物影像科技它怎麼樣能夠改變每個人的未來？

那麼我們大家每個人其實說到生物影像科技都去看過病，對吧？你都看過這個CT的片子，比如說這是X光，這個是核磁共振，對吧？你都看過這些片子，你知道通過這些影像的技術能夠看到你身體內部的這些結構，其實這也正是我們做生物醫學研究的最核心的目的，就是更清楚的了解你自己，了解你的健康狀態是什麼樣子，了解你的疾病是怎麼樣發生的。

而對於我們來說，我們的目標是什麼？我們希望研發更好的科技，讓我們能夠更清楚的看到自己，因為在我們看來這樣的這個解析度還是遠遠不夠的，為什麼？因為我們知道一個概念就是說，對於人來說，細胞才是生命的一個最基本的功能體。那麼對於一個人來說，它是由非常多的細胞組合在一起的，每一個人都有200種細胞以上，有37萬億個細胞，比銀河系裡面所有的星體還要多上千倍上萬倍。

還有一個很重要的概念跟大家分享是說，昨天和今天的我雖然看上去是一模一樣的，其實我們每時每刻都在不斷地變化的。比如說我們說我們的胃細胞和皮細胞，皮膚細胞每隔七天或者兩周就會更新一次，為什麼？因為它們都是我們的最外層的防禦機制，所以它受到了這個紫外線的照射，它需要脫落下來，然後會有新的細胞生成。

換句話說，在某種意義上來講，每天我們都是一個新的全新的自己。這句話說的非常對，人不可以兩次踏入同一條河流，河流在變，我們也在變，對吧？所以我們可以看到我們是這麼一個複雜的一個細胞的集合體。如果我們到醫院裡病理科下去看這些細胞是什麼樣？我們可以看到在高倍的顯微鏡下，你可以看到各種各樣千奇百怪的細胞，它們的形狀不一樣，它們的結構不一樣。就意味著對於生物學家來說，就因為它們的功能不一樣。

換句話說基因是什麼？基因是一個載體，這個載體在細胞的層次上得以呈現，如果我們能看到細胞處在什麼樣的狀態和結構上，我們就會知道它的功能是什麼樣子的。對於生命來講，我覺得生命是世界上最複雜的物質運動的這種形式，比如說大家可以看到人體就像是一個小小的宇宙一樣，不僅是人體，如果我們把它放大看到一個大腦的話，那麼我覺得大腦就是個1.4公斤的一個小宇宙。如果我們進一步放大到一個細胞的水平上，我們發現細胞也是一個十微米的小宇宙。

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細胞——十微米的小宇宙

為什麼我會覺得這是一個小宇宙呢？那麼以這個大腦為例，左邊這張圖是這個銀河，右邊這張圖是人的大腦里的腦細胞，你可以看到銀河裡有1000億個星體，大腦裡面也有1000億個神經元細胞。每一個神經元它都和其他的細胞有15000個連接，通過這15000個連接連接在一起，從中湧現了我們現在的所有的這些視覺或者意識。所以我們可以說對於天文學家來說，我們需要很大功率的望遠鏡來仰望天空。那麼對於我們生物醫學的研究者來說，我們也需要有更好的工具，讓我們在各個不同的程度上，去觀察這個過程，才能更好的了解這個過程。

傳統的醫學上我們有一個叫做雙光子顯微鏡的一個儀器，它是這麼大，它可以擺在整個的這麼一張大的桌子上，有幾十公斤大小。那麼你想像一下，我們可以用這樣一個雙光子顯微鏡研究非常多的過程，但是它很受局限性，我們把這麼大的一個顯微鏡變成了手指頭這麼大小的2.2克的這樣一個大小，從而我們可以把它戴在老鼠的頭上。那麼戴在老鼠的頭上，我們可以做一些什麼事情？

這是一個例子，那麼我們可以做一個在神經科學或者心理學上一個很經典的實驗叫做社交實驗。我們在中間放一隻小老鼠，它在頭上戴著我們的顯微鏡，左邊有一個筐子，右邊有個筐子，右邊這個筐子我們可以放什麼東西也不放和左邊的一樣，或者我們放一個它喜歡的玩具，或者放另外一隻老鼠，這隻老鼠可以是跟它認識的老鼠，也可以是跟它不認識的老鼠。

那麼我們就可以研究老鼠在實時的發生，在這跑的時候，它的大腦裡面叫前額葉皮層，也就是決定我們很多的高級功能，我們下什麼樣的決定的這樣一個皮層。那麼它的大腦裡面每一個亮起來就是一個神經元，我們可以看到這些神經元怎麼樣活動的，怎麼樣構成了它這樣一個決定，它為什麼會和另外一隻老鼠發生這個社交在一起。

如果我們把這個老鼠變成一個自閉症的老鼠，或者換句話說有自閉症的基因的這樣一個老鼠的話，我們就會研究這個自閉症的老鼠，當它不願意和它熟悉的老鼠發生社交的時候，它的大腦裡面這個神經元的活動是什麼樣子的。當你看到了這些活動，那麼對於其他的學科的比如說化學家來說或者這個醫學家來說，我們就可以發展這些手段來去改善這個過程。

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研究人體細胞的意義

那麼你們有可能可以可能會問，我知道很多很多的生物醫學這個研究者，他們整天都在做老鼠，那麼做的這些老鼠到底跟我們本人的疾病有什麼關係？那麼我們又要回到這個細胞了，雖然人是由37萬億個細胞組成的，但是實際上每一個細胞也包含了我們自己所需要的所有的信息。

2006年山中申彌教授發現了我們任意的一個細胞，包括每天從你皮膚上脫落的皮膚細胞，我們可以把它重編程重編程成一種多功能的幹細胞，這種幹細胞可以變成任意細胞的，比如說心肌細胞、神經元、胰島細胞或者造血前體細胞。

那麼就意味著什麼？意味著我們就可以做這樣一件事情。左邊這個是我們和醫院的一個合作，我們開發了一種超高解析度的一個顯微鏡。我們看左邊的是一個正常人，正常人抽血以後我們拿出來的這個血細胞，我們把它重編程成多巴胺的神經元。右邊是帕金森綜合病病人的，我們可以看到在顯微鏡下，我們可以看到這是他的線粒體。我們可以看到它非常明顯的差別，那麼這樣的話我們就可以在體外想辦法，能夠有什麼樣的藥物的篩選，能夠使得這樣的一種疾病的表情，可以變回到正常的狀態。那麼從這個意義上來講，我們研究的對象不僅僅是小鼠，我們研究的是每個人。

在這兒我想用在霍華德休斯這個研究院的研究組做的一個最新的研究結果，做一個例子，他們發明了一個顯微鏡，可以看到這個老鼠胚胎24小時，兩天內發生髮展的所有過程，你可以看到所有的細胞和心臟的發育過程。

要達到這樣一件事情，我們實際上不僅需要會養細胞的人，比如說我們要去造這樣一個顯微鏡，我們需要學光學的、學物理的人，我們需要那麼造這樣的一顯微鏡，我們如果去這個成像的話，我們成像兩天，我們會得到10T數據的，那麼10T的數據什麼概念？我們通常買的電腦只有最多只有幾T，換句話說，等於你通常買的電腦的五倍的大小，也相當於14年的時候新浪微博的兩天的數據量。

那麼這麼大的數據量對一個平常的實驗室怎麼樣來處理，怎麼樣把這數據更好地存儲在這裡，怎麼樣更好地分析這些數據，得到這裡面的規律，找出來正常和不正常之間的差別，這個是我們需要做的事情。

換句話說，現代的生物醫學其實是一個非常交叉的學科，一方面來說對於生物醫學的學生來講，我們需要更好地全面的推進。另外一方面我們也需要更多的人，更多不同學科的人加入，因為在最後來說，我們是需要大家的群智群力來接觸。

最後我想說的是我們的夢想也是2014年諾獎獲得者ERIC BETZIG的夢想，就是我們想治療疾病，想更清楚的看到身體所有的過程。比如說這是斑馬魚裡面的一個免疫細胞，如何在這兒巡查的過程。或者一個腫瘤細胞，你看到它怎麼樣在這裡翻滾的過程。這些工作都是在斑馬魚裡面做的，我們最初的夢想是如果能把成像影像的解析度進一步提高，在人體裡面看到單個的免疫細胞如何運動，腫瘤細胞如何逃避，那我們也許能想到更好的辦法來改變這個事情。

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