癌癥有沒(méi)有可能在早期就被診斷？體檢可不可以只抽一微升血……近年來(lái)，精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)概念的興起，也將其背后分析化學(xué)和生命科學(xué)交叉的這片“隱秘地帶”逐漸引入公眾視野。
分析化學(xué)的迅速發(fā)展為生命科學(xué)提供了更多想象空間，很多待解的難題，因?yàn)榉治龌瘜W(xué)的介入找到新的解決路徑。比如，通過(guò)利用色譜技術(shù)純化中藥，將有毒物質(zhì)馬兜鈴酸進(jìn)行分離。
那么，分析化學(xué)是如何推動(dòng)生命科學(xué)發(fā)展的，國(guó)內(nèi)分析化學(xué)的發(fā)展有何新的趨勢(shì)？具體而言，它在精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)方面有哪些應(yīng)用？如何解決國(guó)產(chǎn)儀器產(chǎn)業(yè)化發(fā)展難題，推動(dòng)我國(guó)從分析化學(xué)大國(guó)走向分析化學(xué)強(qiáng)國(guó)？
近日，《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者獨(dú)家專(zhuān)訪(fǎng)了著名色譜分析化學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院院士張玉奎，談及分析化學(xué)發(fā)展的最新趨勢(shì)及儀器產(chǎn)業(yè)化方面的思考。
著名色譜分析化學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院院士張玉奎
分析化學(xué)的轉(zhuǎn)向
“一般講上個(gè)世紀(jì)是化學(xué)的世紀(jì)，而這個(gè)世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)，大家研究的重點(diǎn)是研究人、研究生命科學(xué)。化學(xué)也轉(zhuǎn)向了以生命科學(xué)為研究重點(diǎn)，我們現(xiàn)在已經(jīng)把蛋白質(zhì)組學(xué)的定性定量，轉(zhuǎn)向精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)和重大疾病的發(fā)展。”
張玉奎院士告訴記者，分析化學(xué)已經(jīng)無(wú)孔不入，任何一個(gè)新興的科學(xué)都少不了分析化學(xué)，也服務(wù)于生命科學(xué)，為它提供研究方法和手段。
比如，人的蛋白組學(xué)的磷酸化。這個(gè)磷酸化有兩種，一種是氧磷酸化，一種是氮磷酸化，氧磷酸化比較穩(wěn)定。這塊可以用來(lái)研究磷酸化和各種癌癥的直接關(guān)系，也就是在磷酸化和去磷酸化的過(guò)程中，癌癥形成了病及康復(fù)的過(guò)程。
但是，關(guān)于氮磷酸化的研究卻非常少，因?yàn)樗环€(wěn)定，遇到酸就分解，樣品非常難處理?！八陨飳W(xué)界就給我們提出這個(gè)問(wèn)題，我們就合成了一個(gè)分子，它有兩個(gè)新的中心，專(zhuān)門(mén)抓氮磷酸化，用這個(gè)辦法就可以把磷酸化保存下來(lái)，抓住鑒定，研究它的生物功能?！?/p>
張玉奎院士談及，生物學(xué)上對(duì)這個(gè)磷酸化研究早了20多年，但依然對(duì)它了解較少。而分析化學(xué)上介入之后，很快就解決了這個(gè)“卡脖子”的難題。
這就是分析化學(xué)服務(wù)生命科學(xué)的一個(gè)典型例子。
實(shí)際上分析化學(xué)可以為生命科學(xué)做很多事情，張玉奎院士團(tuán)隊(duì)的很多工作也都是為生命科學(xué)的研究來(lái)發(fā)展方法和技術(shù)。當(dāng)然，生命科學(xué)的發(fā)展也對(duì)分析化學(xué)提出了更高的要求，張玉奎院士認(rèn)為，分析化學(xué)發(fā)展的新趨勢(shì)可以用“三高”來(lái)概括。其一，高靈敏度，需要檢測(cè)到很多非常微小的變化，這也是需要永遠(yuǎn)追求的目標(biāo)；其二，高選擇性，要排除其他單位的干擾；其三，高通量，測(cè)算速度要快，滿(mǎn)足大批量檢測(cè)需求。這是分析化學(xué)或者測(cè)量學(xué)發(fā)展的新趨勢(shì)。
除此之外，質(zhì)譜、色譜的聯(lián)用也是一個(gè)重要的發(fā)展方向。“我們現(xiàn)在有個(gè)色譜公司，現(xiàn)在已經(jīng)在蘇州搞了一個(gè)分公司，推動(dòng)色譜和質(zhì)譜聯(lián)用。這其中涉及幾萬(wàn)種蛋白，色譜是把它分離開(kāi)，然后質(zhì)譜一個(gè)一個(gè)告訴你都是什么東西?！睆堄窨菏勘硎?。
驅(qū)動(dòng)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)
去年9月，國(guó)家層面著眼于“十四五”時(shí)期加快科技創(chuàng)新的迫切要求，提出了“四個(gè)面向”，即“堅(jiān)持面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康”。這為科技創(chuàng)新指明了方向。
面向生命健康也成為分析化學(xué)研究的一個(gè)重要方向。作為色譜領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物，張玉奎院士告訴記者，自己所在的分離分析重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室一共有大約600人，他們都在干一件事，那就是分離分析。“現(xiàn)在我們朝著大健康方向發(fā)展，除了技術(shù)之外，我們還要建立大的數(shù)據(jù)庫(kù)。因?yàn)槟阒挥袑?duì)健康人的統(tǒng)計(jì)，對(duì)各種疾病進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，才能夠知道變化趨勢(shì)是哪里?！?/p>
中國(guó)工程院詹啟敏院士此前曾公開(kāi)表示，臨床疾病治療的現(xiàn)狀主要有兩個(gè)問(wèn)題，一是疾病診斷大多在中晚期，死亡率很高，尤其是癌癥；二是治療的被動(dòng)性和盲目性，疾病的發(fā)生往往是內(nèi)因和外因相互作用的結(jié)果，遺傳背景、變異免疫和內(nèi)分泌改變導(dǎo)致細(xì)胞、分子改變，進(jìn)一步導(dǎo)致組織器官病變?cè)斐杉膊“l(fā)生，而患同種疾病的不同病人針對(duì)相同的治療方法會(huì)出現(xiàn)不同的臨床愈后。因此，臨床上要進(jìn)行不同表型的分型，并找到分子標(biāo)志物。
這就是精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)臨床發(fā)展的需求。正是在這樣的背景下，蛋白質(zhì)組學(xué)從上世紀(jì)90年代進(jìn)入大眾視野以來(lái)，其在肝癌、胰腺癌、糖尿病等疾病早期診斷、治療和分型等精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的作用受到越來(lái)越多的關(guān)注。
張玉奎院士表示：“所有重大疾病，包括癌癥，大家過(guò)去認(rèn)為是基因在變化，現(xiàn)在看來(lái)實(shí)際上是基因里蛋白的變化。這可以用來(lái)診斷疾病，同時(shí)還可以診斷療效。這樣一來(lái)，診療過(guò)程就會(huì)更為精準(zhǔn)?！?/p>
蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，也驅(qū)動(dòng)了精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展。特別是精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)涉及的精準(zhǔn)測(cè)量、精準(zhǔn)定性、精準(zhǔn)定量等都需要分析化學(xué)提供研究方法的支撐。
比如，尿液跟蹤檢測(cè)。從你健康的時(shí)候起一直到病發(fā)連續(xù)檢測(cè)你的尿液，錄入專(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)庫(kù)。長(zhǎng)時(shí)間跟蹤就會(huì)發(fā)現(xiàn)你的尿液里的蛋白是朝著哪種疾病發(fā)展，然后進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，持續(xù)跟蹤你的健康。
再比如，怎么判斷一個(gè)人是抑郁癥還是郁悶。我們就發(fā)現(xiàn)，得了抑郁癥有兩個(gè)蛋白它表達(dá)特別高。所以，這兩個(gè)蛋白就有可能是抑郁癥的一個(gè)標(biāo)記，如果它高了就考慮是得了抑郁癥了，就要趕快做心理上的紓解。
“這就叫蛋白質(zhì)組學(xué)驅(qū)動(dòng)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)，它為精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)提供了一個(gè)工具或研究方法，它能夠讓診療更精準(zhǔn)一點(diǎn)，治病依據(jù)更加充分一點(diǎn)?！睆堄窨菏勘硎?。
單元部件是新方向
值得一提的是，經(jīng)過(guò)幾代人從0到1的艱苦探索，中國(guó)已經(jīng)是色譜、分析化學(xué)大國(guó)，從發(fā)表論文、申請(qǐng)專(zhuān)利和從業(yè)人員來(lái)看都是世界首位。
不過(guò)，張玉奎院士認(rèn)為，我國(guó)依然還不是分析化學(xué)強(qiáng)國(guó)。“因?yàn)楹芏嘀匾脑O(shè)備，高端的消耗品還依賴(lài)國(guó)外進(jìn)口。接下來(lái)，還要更加注重自主研發(fā)、儀器研制及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，朝著分析化學(xué)強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)?！?/p>
值得注意的是，他所在的中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所分離分析重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（以下簡(jiǎn)稱(chēng)大連化物所分離分析實(shí)驗(yàn)室）在產(chǎn)學(xué)研方面已經(jīng)取得不小的突破。比如，大連化物所在色譜產(chǎn)業(yè)化方面，擁有國(guó)內(nèi)一流的液相色譜生產(chǎn)企業(yè)大連依利特。
就在去年，色譜分離技術(shù)的第三代研究者之一——汪博士團(tuán)隊(duì)，通過(guò)海創(chuàng)人才長(zhǎng)三角創(chuàng)業(yè)服務(wù)中心引進(jìn)并落地嘉興南湖，所創(chuàng)辦的浙江博頤生物將致力于基于新型分離材料的生物提取和生物合成新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。令人欣喜的是，浙江博頤生物與蘇州納微科技以及大連化物所梁博士等為代表的第三代，所開(kāi)發(fā)的高效色譜填料和色譜柱已經(jīng)可與國(guó)外部分最新產(chǎn)品相媲美。
色譜原本只是個(gè)分析工具，而現(xiàn)在已經(jīng)很多人把色譜制備拿來(lái)做生物醫(yī)藥的分離、純化，并且取得令人欣喜的成效。張玉奎舉例，自己的“弟子”梁鑫淼團(tuán)隊(duì)在當(dāng)?shù)卣闹С窒拢谀喜懔艘粋€(gè)達(dá)87米的大裝置，用五基色譜來(lái)純化生中藥。他已經(jīng)把張伯禮院士開(kāi)的“清肺排毒湯”，經(jīng)過(guò)分離純化，把馬兜鈴酸這個(gè)有害物質(zhì)拿掉，把四個(gè)有效成分進(jìn)行富集，最后變成了粉末，制成膠囊。
“現(xiàn)在國(guó)際上對(duì)馬兜鈴酸的要求是零檢出，但是我們中藥天生就含有這個(gè)元素。過(guò)去中醫(yī)上沒(méi)有辦法，就采取控制劑量的方法，不讓你中大毒，實(shí)際上這是很危險(xiǎn)的?！彼硎荆ㄟ^(guò)這種分離純化的手段，困擾多年的中藥出口難題也得以解決。
再說(shuō)到質(zhì)譜。目前國(guó)內(nèi)還是以進(jìn)口為主，比如大連化物所生物樓里有40余臺(tái)質(zhì)譜，其中一臺(tái)就是200萬(wàn)~300萬(wàn)元，成本高昂。不過(guò)，大連化物所分離分析重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)開(kāi)始自己制造質(zhì)譜，“去年疫情期間國(guó)外設(shè)備進(jìn)不來(lái)，我們的質(zhì)譜還賣(mài)出去30臺(tái)?！?/p>
張玉奎院士表示：“我們希望把質(zhì)譜做大，還聯(lián)合投資公司一起在杭州落地了一個(gè)公司，希望借此推動(dòng)它的產(chǎn)業(yè)化。我們的目標(biāo)就是臨床質(zhì)譜，解決臨床問(wèn)題，所以希望把它做成一個(gè)大產(chǎn)業(yè)?！?/p>
質(zhì)譜可以用于公共交通的防爆檢測(cè)，也可以用來(lái)做肺結(jié)核篩查，還可以用于手術(shù)麻醉劑量的控制等方面。張玉奎院士認(rèn)為：“將來(lái)質(zhì)譜發(fā)展到臨床，可以整個(gè)推動(dòng)我們大健康朝前走，就不是說(shuō)癌癥怎么治療，而是怎么預(yù)防癌癥，怎么健康地活著?！?/p>
目前，大連化物所分離分析重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室質(zhì)譜和色譜都可以實(shí)現(xiàn)自主研制。近年來(lái)，國(guó)家政策層面大力支持下，國(guó)產(chǎn)儀器已經(jīng)形成一定的規(guī)模。但是距離真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，達(dá)到跟國(guó)外競(jìng)爭(zhēng)的水平，還有個(gè)過(guò)程。從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)方向、資金、技術(shù)實(shí)力、用戶(hù)認(rèn)可度等方面，國(guó)產(chǎn)儀器都還需要進(jìn)一步改善。
張玉奎院士認(rèn)為，國(guó)產(chǎn)儀器要想真正達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，應(yīng)該重點(diǎn)朝著單元部件的方向發(fā)展。首先就應(yīng)該去解決部件問(wèn)題，而不是都來(lái)做整機(jī)，這樣研發(fā)力量就會(huì)分散，造成資源浪費(fèi)。而是要走差異化路線(xiàn)，這個(gè)部件一批人生產(chǎn)，另一個(gè)部件另外一批人生產(chǎn)，然后再組裝成一個(gè)整機(jī)，這樣就會(huì)形成一種高質(zhì)量發(fā)展的機(jī)制。
“單元部件的高質(zhì)量研究，應(yīng)該成為今后的重頭。”張玉奎院士認(rèn)為，各研發(fā)機(jī)構(gòu)集中精力做好一件事，這樣才能形成中國(guó)特色的產(chǎn)業(yè)化。
