来源: 发布时间:2015-11-17
——记四川大学生物治疗国家重点实验室巩长旸博士
本刊记者 祝传海
“20世纪初,癌症的治愈率一直为零;二三十年代,随着外科手术治疗的诞生,癌症的存活率达到了25%;60年代,放疗和化疗的使用让癌症的治愈率上升到了38%;80年代,随着技术的进步,该数据又上升到了46%。综合这些治疗手段,目前癌症的存活率约为50%。这也预示着研发新的治疗手段迫在眉睫,生物治疗在这样的环境下应运而生。”2015(第五届)抗体药物及新药研发高峰会上,魏于全院士在主题演讲中说道。
生物治疗的靶向性,使其具有有的放矢的功效,顺应了个性化医疗和精准医疗的发展趋势。受到导师魏于全院士的影响,巩长旸也走上了生物治疗研究之路,他瞄准的重点是新型药物和基因传递系统。
年少立志 做有用的研究
“神奇”,在谈到对自己专业的初印象时,巩长旸用了这样一个词。
新型药物和基因传递系统,是近二三十年新兴起的一个研究领域。不同于传统的研究方向和学科方向,它是以药学、纳米技术、医学和生物材料学等学科交叉融合催生的“新人”。
“我感觉它是基础研究与应用研究并重的学科,也是现在生物医药领域研究的前沿和热点。”巩长旸说,“借助这个方向,我们可以将广泛的药物,包括小分子药物、基因、蛋白等精确地导入到肿瘤或其他病灶部位,尽量减少在身体其他器官的分布,使治疗发挥出更好的疗效,并且降低药物的系统毒性。”
能发挥这样的功效,在刚进入四川大学华西医院生物治疗国家重点实验室攻读硕士学位的巩长旸眼中,“神奇”二字并不夸张。那是2005年,巩长旸25岁,师从我国著名肿瘤治疗学家魏于全院士。
古人说山中无日月,对年轻的巩长旸来说,钻进一个新的世界,时间也很容易被忘却。2007年,他提前取得了攻读博士学位的资格,深受魏于全院士赏识。2008年,科技部“863”重点项目纳米生物材料研发正式启动,魏于全院士也将他带入项目中。以学生身份参与这么重要的项目,和那些学术上的大咖们一起工作,巩长旸很满足。“也是在那时候,我了解到什么是国家重大项目、重要需求”,他忍不住重复魏于全院士当年常对他说的那句话,“我们做科研,一定要按照国家的重大需求去解决实际问题,才能真正做出有用、有意义的东西。”
“生物和医学,是我从小就一直喜欢的方向。”1999年,19岁的巩长旸从沈阳来到成都。生活令人成长,正当他专心在四川大学学习生物工程专业知识的时候,一个噩耗传来——他的奶奶因为恶性肿瘤离开了。悲恸过后,巩长旸开始关心肿瘤治疗的相关信息,想要再通过自己的努力,真正在肿瘤领域做些有用的事。魏于全院士的话,戳中了他心中最柔软的地方,引起了他深刻的共鸣。从此,这句话成为他科研之旅中重要的指向标,再未动摇过。
来到生物治疗国家重点实验室后,巩长旸最先做的就是去了解这个实验室的研究动态。他发现,在新型的生物治疗手段上,无论是基因治疗、免疫治疗,还是小分子靶向药物治疗,都需要一些合适的载体,才能发挥出更好的疗效。“一是安全,二是有效”,巩长旸肯定地给出研究的两大重要前提。
2011年1月,科技部“重大新药创制”科技重大专项启动。这一次,巩长旸以项目组副组长的身份出现,成为“新型多烯紫杉醇水性制剂研发”的第一主研人员。
“为什么会有这方面的研究?因为现在很多科研机构和制药公司研制出的活性分子,不能直接应用于人体,必须经过一个制剂的过程,这个过程很困难。比如,很多活性分子虽然在体外有很好的药效,但由于疏水性强,很难形成均匀水基制剂,严重限制了其成药性。再比如现在肿瘤治疗中常用的一线药物紫杉醇,它本身是一种疏水性药物,为了制剂,会采用将聚氧乙烯蓖麻油和酒精1:1的混合液,这其实存在很大的安全隐患。”提起这些,巩长旸忧心忡忡,“聚氧乙烯蓖麻油会引起人的超敏反应,临床中会先给患者注射地塞米松等来预防过敏,但也增加了临床工作,应用起来不方便。”
巩长旸的研究就是为了解决这些问题。经过反复实验,他发现PEG/PCL胶束是一种较理想的纳米药物传递系统,并以此为“跳板”做了一系列出击。针对临床紫杉醇注射液中聚氧乙烯蓖麻油易引起过敏反应的问题,他采用PEG/PCL纳米胶束包载紫杉醇和多烯紫杉醇,获得了可静脉注射的新型紫杉烷纳米缓释制剂显著提高其抗肿瘤效果并降低毒副作用,为创制新型紫杉烷水基制剂提供了新选择。
在随后的研究中,他打起了姜黄素的主意。姜黄素也具有疏水性,他先是通过PEG/PCL纳米胶束单独包载姜黄素,制备出一种新型姜黄素纳米缓释制剂,为肿瘤转移的治疗提供了新思路,又开始考虑把姜黄素与其他药物作为一个共同体包载在PEG/PCL纳米胶束中。比如,与亲水性的阿霉素一起,可以在亲—疏水药物之间产生协同作用,显著提高肿瘤细胞对阿霉素的摄取;而与紫杉醇结合,可以在体内外显著提高紫杉醇的抗肿瘤效果,摒除紫杉醇耐药性的缺点。
“我们在前期制备过程中尽量不使用加高热、高速搅拌等剧烈的过程,也不使用有毒的有机溶剂,如果这些制剂要进行后期开发,就在最大程度上保障了安全性。看起来只是很小的工艺改进,我们也花了很大精力去探索。”巩长旸补充道。国际同行们显然也很认可他的方法,美国堪萨斯大学医学院分子生物学研究院副院长Shrikant Anant教授在Mol Cancer Ther上公开表示,巩长旸的方法“不使用有毒有机溶剂和剧烈条件,是高效、稳定、安全的”。
逐梦前行 挫折的背后是成长
2015年8月,中组部第二批“万人计划”青年拔尖人才名单公示,巩长旸身在其中。此时,他当然已不再是学生,而是生物治疗国家重点实验室/“2011计划”生物治疗协同创新中心副研究员、硕士生导师。而他的成长苗头,早在几年前就已经悄悄萌芽。
“刚到实验室的时候,我做的是一种新型的纳米材料制剂,温敏型水凝胶。”巩长旸介绍,这种水凝胶性能比较独特,可以感受到外界的一些刺激,并在温度或其他刺激条件下,做出相应的相变。“我们希望实现这样一个目标,当它在低温(室温)情况下是液体,便于注射或与药物复合制剂;一旦注射到体内的靶点,温度升高后,就转变为不可流动的固体,在原位缓释药物。”一言而概之,巩长旸是希望做出一种理想的适用于肿瘤局部治疗的新型水凝胶。一旦实现,该药物的临床前景必然不可限量。
然而,理想是丰满的,现实却很骨感。巩长旸和他的同伴们查阅了海量的文献,又一遍遍去做实验,初期做出来的总是与他们的设定相反。“我们看到的总是低温下是固体,升温后反倒成了液体。”用他的话说,那会儿,他们“想破脑袋”也做不出想要的性能。几个月下来,一群人都难免沮丧。
“经过了沮丧的这一两天,我想,一定是有哪些细微的环节没有注意到。”巩长旸提起精神,把之前所有的参数都拿过来,一项一项地去检查。之后的大半年里,他们的时间表单调枯燥:早上7点多到实验室,8点开始准备,9点正式实验,实验周期在3个小时左右,完成了就到了中午12点;半个小时的午饭后,再继续准备,下午1点钟进入下一个实验周期。因为样品要在冰箱中储存15个小时才能使用,他们通常在下午5点钟制备第二天上午的样品。晚饭后,继续在实验室学习文献、分析结果,晚上9点钟又开始制备第二天下午的样品。
时间一天天过去,参数一个个改变,他们终于把该有的性能做了出来。“真的只是在很小的地方出了问题,可是发现的过程很难。做完之后,回头再看,你会发现挫折和失败是最好的老师,它是你进步或成功的必经过程。”巩长旸感慨道。有了那场经历,他现在也总是对学生们说,“不要害怕失败,你越是觉得挫折痛苦的时候,越是你成长的时候。相反,你越是感觉安逸舒服的时候,其实你反而在退步了。”
温敏型水凝胶制备出来之后,巩长旸利用其包载紫杉醇、5-Fu等抗肿瘤药物,获得了可腹腔注射的新型原位缓释制剂,可显著提高腹腔化疗药物浓度和滞留时间,提高其抗肿瘤及抗腹腔转移效果;包载和厚朴酚,发现其对肺癌恶性胸腔积液有显著的治疗效果。其中,紫杉醇原位缓释凝胶制剂可以有效防治乳腺癌术后复发,载姜黄素温敏型水凝胶为解决大面积全皮缺损的修复奠定了基础。药物缓控释领域著名期刊J Control Release引用了巩长旸3篇关于温敏型水凝胶用于局部药物缓释的文章,并进行了正面评述:“水凝胶局部药物缓释体系减少了给药次数,有利于提高患者的依从性”。
巩长旸的温敏型水凝胶系列引起了一众关注。对他来说,更重要的还是“有用”。在研究中,他发现温度敏感型水凝胶有良好的防治术后腹腔组织粘连的作用,并创新地提出了水凝胶防治腹腔粘连的作用机理。
“术后组织粘连是指在外科手术中由于机械损伤、感染、射线或异物等原因造成组织创伤,使相邻的组织或者器官之间发生不正常的粘附,是普通盆腹腔手术后的常见疾病,发生率约为67%?93%。”如果这种水凝胶防粘连制剂能够进入临床,一定会为患者带来福音。
授业有道 感念师恩
四川大学浓厚的学习氛围以及它的包容与开放,吸引着无数学子,巩长旸也受益匪浅,尤其自魏于全院士身上。“小时候说立志要当一个科学家,其实只是一个很模糊的概念,并不知道这到底意味着什么。魏老师不仅是我研究生阶段的老师,也不仅是我工作上的领导,更是我的人生导师,从他身上,我学到了很多东西,也真正了解到什么是科研,怎么做好科研。”在接受采访时巩长旸回忆道。
一次,他们要做流式细胞术分析,由于染色比较多,几乎都是三色或四色,调整起来难度比较大。他们一直忙到晚上8点还没有头绪。魏于全院士刚好巡查到实验室,就进来和他们一起讨论问题在哪里。“他忙了一天也很累了,还是坐下来和我们一起调整,又指导我们做结果分析,等到全部完成,我们收拾好东西离开,已经是凌晨一点钟了。”
当巩长旸成为硕士生导师,他从魏于全院士身上所得到的感佩也被传递下去。“要做好事情,首先要做好人,这是最重要的一点。其次才是去培养他们的科研思维。”
从学生阶段走过,巩长旸明白,本科生的实验往往是照着老师的说法去做。“但真正的科研并不是这样的过程,需要科研人员发挥自己的主观能动性去创造才可以。”巩长旸对学生们说自己的经历,培养他们在遇到问题时,主动去分析问题、解决问题的能力。他的挫折教育,还包括要有强大的心理。“经受挫折之后,当然会有一些挫败感,但是一定要从中吸取教训,让它更加激励以后的工作,而非意志消沉下去。最后才是实验技巧、写作技巧等知识性的东西。”
并非说教,这也是他对自己的要求。先来看一组数据,目前,巩长旸已发表SCI学术论文86篇,引用1500余次,他引1200余次,h-index为24。其中,以第一、共同第一及通讯作者发表学术论文60篇(IF>5论文23篇);3篇论文入选ESI“高引用论文”。对一位刚刚度过35岁生日的青年学者来说,这个成绩确实不错。他却在得知入选青年拔尖人才之后说,“这是一个认可,也是一种促进,是一份沉甸甸的责任。无论怎样,我都是想做一个踏实勤奋的科研人,坚持初衷,做出真正有用的东西,不要迷失自己。”至于未来,他还希望能够去国外顶尖的实验室去参观学习,“看一下别人是怎么做科研的。”
虽然巩长旸迈入科研之旅的时间不算长,却也体会到科研人的“不一样”,“我们不可能完全把工作和生活完全分隔开。”
实验室会定期组织老师们去打羽毛球,巩长旸很喜欢参加,他更喜欢在打球时和不同学科的老师交流国际进展,说不定哪一个碰撞就引发了一串“火花”。
晚上下班,除了晚饭和短暂的交流,他更多时间都窝在书房里。“我在家里,但又好像不在。现在年岁渐长,父母也慢慢变老,还是要提高自己的工作效率,多陪陪家人。”
在他口中,有很多要感谢的人:魏于全院士、钱志勇教授、爱人、父母……“不管我取得什么成绩,都有他们的功劳。”
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