未来中国需要的医生，既应该懂医学，更要能通理工 | 科技袁人Plus第16期

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导读

在这一期节目里，薛天老师进一步介绍了他带领的课题组在《Cell》上所发表的研究内容。薛老师用非常简单易懂的方法说明了技术原理、应用前景和思维方法等等，同学们一定要好好听一听，非常难得有这样顶级的科学家能亲自为大家做出这么清晰易懂的科普！

另外，薛老师还为我们谈了中国生命科学的前景，薛老师认为未来的生命科学必然和医学更紧密结合起来，这也带来了新的挑战，我们未来需要的医学人才也必定需要更扎实的理工知识，既要具备医生的能力，又要懂科学。

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薛天老师的下集，上集请戳这里：黑夜给了我黑色的眼睛，你却让我用来分口红色号？| 科技袁人plus第15期

在这一期节目里，薛老师进一步介绍了他带领的课题组在《Cell》上所发表的研究内容。薛老师用非常简单易懂的方法说明了技术原理、应用前景和思维方法等等，同学们一定要好好听一听，非常难得有这样顶级的科学家能亲自为大家做出这么清晰易懂的科普！

另外，薛老师还为我们谈了中国生命科学的前景，薛老师认为未来的生命科学必然和医学更紧密结合起来，这也带来了新的挑战，我们未来需要的医学人才也必定需要更扎实的理工知识，既要具备医生的能力，又要懂科学。

什么，有同学担心这发际线更危险了？这才更要突破生物医学技术了吗！只有学好了，才能救中国科研工作者——的发际线啊！

视频链接：

哔哩哔哩：https://www.bilibili.com/video/av65754660

部分评论：

白鹭城百鬼八天堂大人：

这个不是要给医学生添负，这是一种新的医学技术、制药领域的实验性思想，将理论研究和临床实际相结合，旨在提高效率，实现科研与临床，医学与生命科学技术的互相指导——所谓“转化医学”。希望大家不要被一知半解的弹幕和评论给带跑了。

炎の仓鼠：

我是一个视网膜色素变性患者，12岁确诊，如今32岁，在北京创业。微光环境下已经几乎完全看不见，伴随散光、弱视、视野狭窄、色弱等病症，生活极其不便。

我这个人比较倔，大学选择了影视动画专业，还有幸做了一年原画师，随着视力退化也就干不了了。接着出国学了影视编导，研究光与影的艺术。16年以前我拍摄平面，拍摄短片，自己写小说，写剧本。到了18年，我已经看不清摄影机上的参数了，开始出现明显的色弱。我开始尝试自己导演，用镜头语言和节奏来讲述故事。如今有一家自己的小影视公司，用55寸的电视当显示器，用放大镜看手机。

今天，我突然发现自己可能快要熬到头了，20年了，好像终于有人拍着我肩膀对我说，孩子，再坚持一下，很快就有救了！

我喜欢车，我也想开着爱车带着爱人出兜风，但是也一度放弃过，画面变成了司机带着我和我爱人去兜风。如今看来，这个尴尬的画面也许就能避免了。

访谈原文：

袁岚峰：科技袁人节目以前就介绍您的成果（https://www.bilibili.com/video/av46176020），在3月的时候，你们研究组在《Cell》杂志上发表了一篇文章，讲这个注入一些纳米粒子可以让动物的眼睛感知到红外光是吧？

薛天：这个工作其实最开始是源于一个最基本的科学兴趣。我们看到光线，其实是一个很窄的电磁波的范围，从蓝色到红色这个很短的，大概是380纳米到760纳米的这个波长范围。看到红色或者说是红外线也有它本身的意义。为什么人类发展红外夜视仪？这种波谱的范围可以提供很多的信息，所以就想我是不是可以做到？我就一直有这种想法在脑子里。机缘巧合，我有一个很好的朋友在美国的University of Massachusetts（麻省大学）。他是做纳米材料的，上转化纳米材料把红外线吸收之后变成可见光。这是上转化，它是吸收多个红外光子放出一个来，甚至有些时候是吸收上百个上千个放出一个可见光，实现从红外线到可见光的转化。当时我在想，这样的一个材料，它也许能够和我们的机体结合，不需要外带的、外设的红外视觉。比如说我们要让它能够很好地和我们的感光细胞结合在一起，它把红外线变成可见光。Nano antenna，这个转化的我们称为纳米天线。我们对它进行一些改造，让它上面带着一些特殊的基团，可以很紧密地结合在感光细胞的感光的区间上。

纳米材料把红外线吸收之后变成可见光

袁岚峰：这是一种物理吸附还是化学吸附？

薛天：也可以叫物理也可以叫化学，形成的是一个化学键。我们的实验中两个月没有任何问题。其实我们也做过半年时间的，它在上面维持，也不会产生对于视网膜的或者说眼睛的一些其他的副作用。之后我们就去研究它，看它是不是真正能够把我们的眼睛的感光细胞，或我们整个的机体变成有红外的感知能力的。我们把小老鼠放到一个测试的环境中，它也可以看到红外线。

做神经生物学一个很有趣，也是一个很困难的地方，它不像研究人的Psychophysics，就是心理物理的时候，你可以问被试，你看到什么？你感受到什么？你有什么情绪上的变化？动物你没有办法问它，但是你要去理解它到底看到了什么。这个时候我们就需要称为动物行为学。

比如说这个实验也很有趣，你设一个水迷宫，Y形的水迷宫，小鼠在Y的根上放出来，动物很不喜欢水。Y水迷宫的两个分支的末端，你可以放两个屏幕成像一些图像，动物很快就会学会某一个图像下面有一个平台我可以站上去，比如说你图像是竖的横的或者三角或者是圆，它经过几次它就知道，三角下面有一个平台我就要往那边游。学会之后，你把这些图像的刺激，变成红外线的刺激，就红外的图像。我们做实验的同学，他其实是看到的屏幕是黑色的。经过训练和注射过我们这个材料的小鼠，它就可以很迅速地找到那个显示特定图像的平台。

水迷宫实验

袁岚峰：它就变成一个特种兵老鼠了。

薛天：对我们前面讲到的色盲病人，也有潜在的应用。所谓色盲也不过就是你的感受的波的波谱有缺陷。缺陷的部分我们也可以用类似的转化材料实现你对缺陷波长范围内的可识别。它也可以携带一些药物，一些小分子药物，在眼底去做一些定点的药物的释放。黄斑变性现在的病人都需要一些对眼球内进行药物注射，如果用它（纳米材料）的话，有可能就实现一些不需要这种频繁的注射，甚至可以终生的这种实现治愈。

黄斑变性

袁岚峰：这个有意思，我本来还想着，谁会愿意在自己眼睛里面注射这个东西，总会有一点危险嘛。但是想，哦，如果有人本来就要注射的话，对他来说这也是一个非常好的消息。怪不得就像那种超人的电影，很多人都是本来由于某种原因不得不做治疗，然后顺便他就变成一个超人。

薛天：肯定还需要进一步的优化，比如说我们要在大动物模型上，猴子上来做一些这种安全性的检测。

袁岚峰：你们这项工作有没有继续向前推进？

薛天：我们准备在猕猴的模型上做一些检测。猴子和小鼠还不太一样，因为我们的眼睛中，还有我们的中央凹的部分，它有很聚集的视锥细胞。那么我们在小鼠的实验中，已经证明它可以激活视锥，但是是不是在这种类似于人眼的视网膜的结构上，也可以实现同样的事情，其实并不是很清楚。当然我们更关心的就是，这种材料是不是可以携带一些小分子，长时间驻留在我们需要释放的位置。

袁岚峰：如果能对猕猴通过的话，那对人的希望就大增了。

薛天：在基础的小鼠模型上的研究，向人的疾病转化过程中，就可能会存在很大的失败率。即便是非人灵长类和人还是有区别的，中间肯定是有很大的淘汰率的。

袁岚峰：您这个工作让我觉得特别有意思的一点，就是它是对人的能力一个增强，应该说是对动物能力的一个增强，但它并不是用基因编辑的方法做到的。但是您的研究组，最近也确实用基因编辑做了另外一个工作，发在《Science Advance》上。

薛天：如果是先天盲的，或者说他成年到了十几岁20多岁之后，他被诊断说有这种遗传性的基因突变，比较常见的就是视网膜色素变性。这种病人他基因上带着这样的一个突变，开始的时候他是夜盲，或者说是周边视觉慢慢消失，变成了一个筒状视觉。他去找医生，医生一般诊断完了之后就是：哦，你这是遗传性眼盲，没有任何办法可以治疗。这个其实对病人是很痛苦的。你还不像说是你一生出生就看不到东西，你是到了十几岁，二十岁成年之后，发现我有这个疾病。医生告诉你，早晚你会失明，只是说四十岁五十岁的时候，还是更早二三十岁的时候。

视网膜色素变性

袁岚峰：这有点像霍金的那个渐冻人症一样。

薛天：对，你逐渐地就丧失了这个能力。遗传性眼盲的疾病，大多数情况下都是一些基因上面产生了一些突变造成的，累及的主要就是我们的视网膜上的感光细胞。它死掉了，就像我们照相机上面的感光元件CCD或者是CMOS没有了，你的眼球还在，眼球前面的镜头还在，只是那一块感光元件没有了。大家就想，我们通过什么方式让这个感光元件不退化？基因突变造成的，那么对它进行基因的编辑、修复就有可能恢复它。

袁岚峰：对症下药。

薛天：我们做的是针对于眼睛中的特定细胞，特定组织中的体细胞进行基因编辑。以前的时候所有人都没法实现，对于上面的错误的基因把它改成好的。以前是几种方式，一种方式就是用一个病毒带着一个好的基因，完整的好基因直接在上面表达，那坏的我就不管了。这是叫基因治疗，你用外源的一个好的，直接导进去让它表达好就完了。

基因编辑的治疗，不需要引入任何外源的东西，那么把坏的直接变成好的。比如说它中间有一个编码，比如说A应该是T那么你要把A换成T，一旦完成了这件事情，这个细胞所在的基因组就是完全和正常人一样的，就修复了。之前因为很难实现，在已经停止分裂的体细胞中，我们身体的细胞绝大多数已经停止分裂了。那个时候再产生我们叫同源重组修复，叫HDR（Homology-Directed Repair）。同源重组的修复在不分裂的体细胞中，基本上不会发生，但是同源重组是我们实现刚才讲到这种把坏的修成好的的最有效的办法。

我和中科院神经研究所的仇子龙研究员，我们一起合作的，他们做一些分子上面的改造，然后我们在动物模型上进行这种实验。我们发现了一个新的方法，我们称为TRED，改造了现有的一些基因编辑的技术。那么加上我们的新的元件，这样一个新的系统，可以成倍地或者是成百倍地提高它的同源重组的效率。我们在已经失明的小鼠，或者说它的有点突变的，在它视网膜上会造成退化的小鼠上进行直接的修复，修复之后我们发现它的DNA、它的基因组、它的RNA、它的蛋白质全部恢复回来了。小鼠它原来应该退化的感光细胞，现在就减少了退化，视觉功能也得到了保留，那么这样就实现了所谓的在体的体细胞的基因修复。这个和我们之前曾经闹得沸沸扬扬的一些在生殖细胞上的编辑是完全不一样的，它只是在你所要修复的身体的某一些组织器官上的这些坏掉的细胞上进行修复。你不修补它这些细胞也会死掉的，同时你又不触及到你的生殖细胞，即便产生一些错位的，或者是脱靶——

袁岚峰：也不会传下去。

薛天：——你也不会产生任何的危险。

基因编辑它将来走到最终的目标，就是要实现在体的体细胞的基因修复，坏哪修哪。现在基本上已经是在小鼠上实现了，希望开始一部分的非人灵长类的，甚至以后进行到病人，就是视网膜色素变性或者其他一些遗传性眼盲病人的临床实验，这个已经很迅速地在推进。

TRED基因编辑方法（Targeted-RecA Enhanced Homology-Directed Repair）

袁岚峰：我是不是可以理解，就是您这个工作更重要的成果，还不只是这件事本身，而是一个方法论上的进步。

薛天：你说的是对的。我们这个技术之所以发展它呢，只是拿着视觉的视网膜或者说眼科的遗传疾病，作为一个模型，作为一个使用的对象。这种方法理论上来讲是可以用到所有其它的体细胞之上的。如果我们能够有效地实现非分裂细胞的同源重组的基因修复的话，就会打开了我们一系列的基因编辑的，或者是修复我们的遗传性疾病的大门。

回到最前面一个问题，生物学是不是21世纪的科技？确实是。这基因编辑本身，这也只是我们现在看到的纷繁的、巨大的生物医学突破的一部分。基因编辑、肿瘤的免疫治疗、神经的操控，在近十几年来有些突飞猛进的发展，基因编辑是其中一个比较闪亮的部分，那么它显然有着广阔的前景。我们真正用在人体之上之前，会解决一系列的问题，比如说它不会产生一些负作用，脱靶的效应。当我们脱靶的效应减少到可接受的范围，然后它的修复的效率又提高到我们可以实现的话，那么这个就可以准备好向人上使用了。

袁岚峰：提到基因编辑，有很多人就会有很大的伦理学上的担忧。比方说将来基因编辑都是富人用的，穷人用不起了。从您这个介绍，我感觉这其中可能有很大部分讨论是失焦的，其实真正做这个事情的人，他们对于伦理的考虑可能比那些外行要周全得多。

薛天：现在生命科学的发展是很迅速的，比起20年前的生物医学的发展，技术发展要快很多倍，或者是上数量级的增加。伦理很多时候有些时候跟不上技术的发展。伦理也是发展的，我们举个例子，我们开始出现试管婴儿的时候，最最第一例的时候，其实也激发了很大的伦理讨论。我们怎么能够把生命从一个冷冰冰的试管里产生？到现在那么我们大众大家已经普遍接受了。

伦理是随着时代发展的，是一个整个人群大众对于某些事情的它的可容忍度，它的产生的危害和它带来的收益之间的一个平衡的一个抉择，没有一定的对与错。显然我们在发展的过程中，一定要特别地关心伦理的问题。那么就像现在目前为止，在目前的水平之下，基因操作的它存在潜在的可能危害性，像脱靶或者一系列其他的危害，和它产生的回报，比如说治疗某一个疾病，具体到某一个疾病之上，去研究它到底它的收益和获得的区别。我们目前为止贸然地去操纵生殖细胞是很不合适的，因为我们对它的，对基因编辑技术的理解还不够深入。操纵生殖细胞，就不可避免地带来它的遗传物质的改变，这个遗传物质对他的后代不断地传下去，在我们整个基因池里就带入了新的东西。那么这个时候它产生的问题就是不可控的了。但是在体细胞上，一定特定的、本来就要退化的或死亡的细胞上进行基因编辑，然后挽救它的功能，目前看起来它所带来的风险是比较小的。

科学的发展很多时候会被污名化，随着对这个技术的发展到一定程度，伦理就会更新，更新成新的伦理。我们也许到了再过百年的时间，有可能我们会去编辑基因，去编辑我们的生殖系统。

袁岚峰：但那个前提肯定是技术已经成熟了，大家对于它这样做会产生什么后果，怎么去控制它已经有完全的把握了。

薛天：同时还有更加重要的一点，这就是到社会学的层面上了。那么到底我们去改造一个基因，去挽救疾病显然是可以接受的，那么如果是要去增强他的能力，让他变得更聪明，变得更漂亮，然后中间又有一定的财富产生的社会的壁垒的时候，那么是不是公平的？这个就是一个社会学的问题了，已经超出了生命科学家要研究的问题。变化了之后，或者超出了它的正常范围之后，它带来的一些后续的影响其实是不可控的。个子高到一定程度之后，你的骨骼就没法接受，那么你是不是把骨骼的硬度要再提高，肌肉的能力再增加？这个事情就远远超过了，至少目前为止我们能够可以控制的范围。所以做功能提升这件事情上，我觉得是要慎之又慎的。

袁岚峰：科大现在努力地发展新的医学部，在科大发展新的医学前景如何？

薛天：科大做新医学这件事情，本身其实也是我们现代生物医学发展对于新型医学人才培养和学科发展科学研究的一种新模式的呼唤。刚才提到的这些新的技术，基因编辑、干细胞、新的成像技术、质子治疗，这种突飞猛进的生物医学的发展，绝大多数都是来自于理科、工科。它的新技术的突破和生物医药技术的结合在一起，然后实现了新的技术发展。但是我们，特别是中国，我们此前的医学的人才的培养，其实还是相对来讲比较传统的。医学生五年制八年制毕业之后，其实他的数、理、工的基础打得并不是很强。99%以上的医生就应该这样培养出来，他才能够真正地上第一线手术台，然后去治病救人。但是为了发展新一代的生物医学技术，那么我们就需要有一些比较少一部分的学生的培养。他要是临床医生，懂医学，同时又通理工，这样的话他真正才能把现在科学的东西和我们医学进行融合，发展新一代的新的医学技术。

很多大学已经在尝试，包括北京大学北大医学部、协和、复旦、上交、浙大也在尝试。医生他要完全有医师的能力，同时他又懂科学。科大的生命科学学院的学生，应该是学的是全国，甚至全世界生命科学学院学的数理，最强的数理。我们希望我们培养出来通理工，同时它又是一个完备的医师培养的经验，这样的一个医学科学家的人才培养。

中国科学技术大学生命科学与医学部

袁岚峰：《我不是药神》电影热映的时候，我向大家讲述了它对应的那个病，慢性粒细胞白血病，以及它对应的那个药，伊马替尼它背后研发的故事（这电影里没有谁是神，但电影外有一群值得感谢的人 | 科技袁人）。它就是一个精准的靶向的这么一个药物，这种就是这种研究范式。

薛天：我们对于一系列疾病的认知理解深入之后，针对性地引入各种物理、化学、生物，一系列新型的现代科学技术，对它进行定点的更有效的治疗。前面提到的基因治疗也是其中的一个部分。那么显然科学的发展才能带动我们对于疾病的治疗，然后才能够让我们的生活更健康更美好，所以说应该说科学才是真正的药神。

袁岚峰：没错。

科技袁人plus系列

背景简介：本文是“科技袁人Plus”视频节目第16期的介绍，视频发布于2019年8月28日（https://www.bilibili.com/video/av65754660）。

责任编辑：吴啟然