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人民网:武汉科大青年学者姚凯:为失明者寻找“光明之路”

发布者:程毓发布时间:2018-09-26浏览次数:105

生命科学与健康学院青年教师姚凯以第一作者在《Nature》正刊发表学术论文

    “没有活细胞”“还是没有活细胞”……一次,又一次,姚凯从显微镜里看到“残酷”的结果。武汉科技大学生命科学与健康学院的青年学者姚凯,干了20年神经生物学,深深地体会到“在生物学研究里,90%都是失败”。

    姚凯,武汉科技大学生命科学与健康学院副教授,湖北省“楚天学子”,长期从事神经生物学与干细胞生物学的研究。今年,研究终于取得重大突破。“运用干细胞疗法让先天性眼盲的小鼠首次见到光明”的研究成果以姚凯为第一作者,8月底发表在国际顶级学术期刊《Nature(自然)》正刊上,立即引起了广泛的关注。其研究成果有望让全球上亿失明者见到光明。

    美国眼科研究所的著名神经生物学家Anand Swaroop、东京大学分子和发育生物学家Sumiko Watanabe等业界专家均表示,此项研究为干细胞治疗和基因治疗领域的突破性成果,特别是在利用内源性干细胞治疗遗传性疾病方面做出了创造性发展。

要为失明者寻找“光明之路”

    神经系统,是人体内最复杂、最神秘的结构。有人说,相比大脑及其神经组织,人体的其它器官简单得简直不值一提。大脑的神秘,让少年时的姚凯为之痴迷。

    每天放学路过报刊亭,只要看到新一期的《奥秘》《探索》杂志,他就赶紧买回来,全神贯注地看杂志,可以几个小时不挪屁股。

    中学时,学习很紧张,他借来《梦的解析》当消遣书。“一知半解,但是越看不懂,就越想看。”姚凯沉醉其中。研究大脑神经,成了他少年时怀揣的梦想。

    2011年,姚凯成功申请进入美国耶鲁大学进行博士后研究,专攻神经细胞的损伤与再生机制。儿时的梦想终于变成了现实,欣喜的他也深知,这条科研之路必然充满了艰辛。

    每天翻阅文献,大量泛读相关文章,两个多月他阅读了两百多本学术期刊,挑选出的重要文献打印后摞起来比1.75米的他还高出许多。

    他了解到,全球有上亿人患神经退行性疾病而造成视力损伤并最终致盲,临床上尚无有效的治疗手段。看不到美丽的世界,生活有诸多不便,想到失明者的痛苦,姚凯产生了强烈的责任感,“要为失明者寻找‘光明之路’”。

    文献显示,人类和哺乳动物眼体里的感光细胞一旦死亡,无法自主再生,结果就是失明。“当时最新的研究成果是通过大量损伤视网膜神经细胞,激活Müller细胞——视网膜内的神经胶质细胞,负责支持、滋养周围的神经元。然而,神经细胞再生效果非常不理想,或者说几乎为零。”

    姚凯想,能否在不损伤视网膜的情形下,激活Müller细胞呢?查阅文献得知,自2006年之后,这个领域已长达5年没有任何突破性进展。

    没有资料借鉴,前景一片未知。“未知的领域,更吸引我去探索。”姚凯的基因似乎就是这样的。制定了详细的实验计划后,他一头埋进了实验室。

    为了激活Müller细胞,需要制作携带有特定转基因的病毒,其滴度还要达到每毫升浓缩液包含1013个以上的病毒颗粒。

培养温度不合适,病毒就失去了活性;病毒含量少了,又发挥不了激活的作用。通过半年的反复摸索,病毒含量与活性终于稳定到了标准值。

    然而,这才是刚刚开始。

5年的艰辛研究历程

    进入实验的第一步——激活Müller细胞。

    姚凯将培养的有效、无毒病毒,注射入先天性失明的小鼠眼睛里。几周后,在显微镜下观察,细胞没有任何激活的迹象。

    是注射技术问题吗?

    眼睛里的血管又细又脆,而且密密麻麻,注射时碰到血管极易造成眼体出血就意味着失败。而小鼠只有半个拳头大,眼睛更是只有绿豆般大小,注射的难度可想而知。

    握着针筒,屏住呼吸,姚凯目不转睛地在显微镜下寻找血管的缝隙,轻轻地进入,注射后又轻轻地抽出。

    这样的动作,姚凯每天忙完其它工作后,从中午做到傍晚,整整做了一个多月,手臂酸痛得抬不起来。为了增强臂力,他每天举哑铃。

    他的技术提高了,实验用的小鼠安静得几乎感觉不到被注射。显微镜下,也出现了激活的Müller细胞。

    进入实验的第二步——转化感光细胞。

    蛋白质具有转化细胞的能力。人体内有10万种以上的蛋白质,如何从中挑选出所需的转录因子?又一次经过海量的阅读与数周的论证,10种蛋白质被选作实验。

    如何找到最佳的组合?姚凯从1个蛋白质做起,把10个蛋白质分别注射入小鼠眼体里,然后等待一个月后观察结果。接着,做2个蛋白质的各种组合,3个蛋白质的各种组合……

    “需要做的实验数量太庞大了,那时候不敢去想象什么时候是个尽头。”姚凯只能埋头做。

    日复一日地从事紧张而枯燥的实验,难免感到苦闷,姚凯就跑上十几圈,直到浑身大汗淋漓,平复波动的情绪。

    历经一年多,实验结果显示,有3种蛋白质的组合效果最为明显。

    调整病毒的剂量,优化时间的间隔……干细胞疗法的效果渐渐明显,从隐隐约约地看得到数个转化的新的神经细胞,逐渐出现成片成片的神经细胞。

    对小鼠的大脑活动测量终于显示:这些新生神经元成功地整合到视觉通路中,并将光信号传递给了大脑视觉皮层,先天性眼盲的小鼠产生了视觉反应。

    《自然》期刊的两位评委高度评价这一研究成果,“这项工作极其重要,把Müller细胞诱导为新的神经细胞,以前在哺乳动物中从未发生过。”“这项成果已经在神经生物学领域走得非常远了。”

    “祝贺你成功了!”同行们纷纷向姚凯表示祝贺。他腼腆地说,“我比较幸运。”

    5年的艰辛付出,在姚凯的实验室里随处可见。靠墙的柜子里,每天记录各种数据的A4本子,已有厚厚的几十本,占满了整整一层。

努力工作,永远是正确的

    “不亦乐乎”,是姚凯的QQ昵称。

    “从事科研工作,不能总想着结果会怎样,要享受科研的过程,否则难以坚持到成功。”他翻开《自然》期刊,指着刊发的论文说:“为了得到这4张图,共有5个团队参与,失败了成千上万次。”

    从少年的憧憬,到青年的追逐,到现在的淡定,姚凯一直有着对科研的执着和坚守,也收获了一份份回报。

    在香港中文大学读博士期间,姚凯发表了5篇有分量的论文。美国耶鲁大学的著名神经生物学专家陈波教授收到他的博士后申请邮件有点“动心”,当天回了邮件:“把你导师的名字和联系电话发给我。”

    不要推荐信,不听自荐词,陈教授直接致电姚凯的博士导师。一番交流后,第二天就“越洋”电话给姚凯。“你的导师对你的评价很高,欢迎你来美国和我们一起从事神经生物学研究。”

    从发邮件,到获得前往美国的offer,前后仅三天。更为惊喜的是,来到美国后得知,师爷是视觉生物学领域的世界级“泰斗”——美国科学院院士、世界顶尖的霍华德·休斯研究所特聘研究员Constance Cepko。这位师爷的弟子现在有不少是这个领域的“小泰斗”,师兄们的名字在《自然》《科学》等世界顶级学术期刊频频“亮相”。

    师门弟子间经常性的学术交流,让姚凯“脑洞打开”,研究成果也不断涌现。他利用病毒将β-Catenin基因转入小白鼠视网膜中,在视网膜不受损的状态下激活神经干细胞。该发现在国际上尚属首次,为临床上治疗视网膜神经退行性疾病提供了实验基础。该研究成果以姚凯为第一作者,2016年9月发表在国际顶级期刊《Cell(细胞)》子刊上。

    不到40岁的他前后发表了10多篇高水平的论文,受邀成为近20种SCI杂志的审稿专家。

    武汉科大生命科学与健康学院院长张同存谈起“80”后的姚凯,赞赏之情溢于言表:“姚凯严谨、执着,对研究充满了热爱。他还会出更多标志性的成绩。”

    对于姚凯,每一天的工作都是一场有趣的考试。“今天没考好,不要在意。”他始终坚信,“努力工作,永远是正确的。” (程 毓)

    http://hb.people.com.cn/n2/2018/0926/c194063-32097776.html


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