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中科院院士、著名色谱分析化学家张玉奎:注重自主研发、仪器研制向着分析化学强国迈进

来源:环球体育官方首页

  癌症有没有可能在早期就被诊断?体检可不可以只抽一微升血……近年来,精准医学概念的兴起,也将其背后分析化学和生命科学交叉的这片“隐秘地带”逐渐引入公众视野。

  分析化学的迅速发展为生命科学提供了更多想象空间,很多待解的难题,因为分析化学的介入找到新的解决路径。比如,通过利用色谱技术纯化中药,将有毒物质马兜铃酸进行分离。

  那么,分析化学是如何推动生命科学发展的,国内分析化学的发展有何新的趋势?具体而言,它在精准医学方面有哪些应用?如何解决国产仪器产业化发展难题,推动我国从分析化学大国走向分析化学强国?

  近日,《每日经济新闻(博客微博)》记者独家专访了著名色谱分析化学家、中国科学院院士张玉奎,谈及分析化学发展的最新趋势及仪器产业化方面的思考。

  “一般讲上个世纪是化学的世纪,而这个世纪是生命科学的世纪,大家研究的重点是研究人、研究生命科学。化学也转向了以生命科学为研究重点,我们现在已经把蛋白质组学的定性定量,转向精准医学和重大疾病的发展。”

  张玉奎院士告诉《每日经济新闻》记者,分析化学已经无孔不入,任何一个新兴的科学都少不了分析化学,也服务于生命科学,为它提供研究方法和手段。

  比如,人的蛋白组学的磷酸化。这个磷酸化有两种,一种是氧磷酸化,一种是氮磷酸化,氧磷酸化比较稳定。这块可以用来研究磷酸化和各种癌症的直接关系,也就是在磷酸化和去磷酸化的过程中,癌症形成了病及康复的过程。

  但是,关于氮磷酸化的研究却非常少,因为它不稳定,遇到酸就分解,样品非常难处理。“所以生物学界就给我们提出这个问题,我们就合成了一个分子,它有两个新的中心,专门抓氮磷酸化,用这个办法就可以把磷酸化保存下来,抓住鉴定,研究它的生物功能。”

  张玉奎院士谈及,生物学上对这个磷酸化研究早了20多年,但依然对它了解较少。而分析化学上介入之后,很快就解决了这个“卡脖子”的难题。

  实际上分析化学可以为生命科学做很多事情,张玉奎院士团队的很多工作也都是为生命科学的研究来发展方法和技术。当然,生命科学的发展也对分析化学提出了更高的要求,张玉奎院士认为,分析化学发展的新趋势可以用“三高”来概括。其一,高灵敏度,需要检测到很多非常微小的变化,这也是需要永远追求的目标;其二,高选择性,要排除其他单位的干扰;其三,高通量,测算速度要快,满足大批量检测需求。这是分析化学或者测量学发展的新趋势。

  除此之外,质谱、色谱的联用也是一个重要的发展方向。“我们现在有个色谱公司,现在已经在苏州搞了一个分公司,推动色谱和质谱联用。这其中涉及几万种蛋白,色谱是把它分离开,然后质谱一个一个告诉你都是什么东西。”张玉奎院士表示。

  去年9月,国家层面着眼于“十四五”时期加快科技创新的迫切要求,提出了“四个面向”,即“坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康”。这为科技创新指明了方向。

  面向生命健康也成为分析化学研究的一个重要方向。作为色谱领域的领军人物,张玉奎院士告诉《每日经济新闻》记者,自己所在的分离分析重点实验室一共有大约600人,他们都在干一件事,那就是分离分析。“现在我们朝着大健康方向发展,除了技术之外,我们还要建立大的数据库。因为你只有对健康人的统计,对各种疾病进行统计,才能够知道变化趋势是哪里。”

  中国工程院詹启敏院士此前曾公开表示,临床疾病治疗的现状主要有两个问题,一是疾病诊断大多在中晚期,死亡率很高,尤其是癌症;二是治疗的被动性和盲目性,疾病的发生往往是内因和外因相互作用的结果,遗传背景、变异免疫和内分泌改变导致细胞、分子改变,进一步导致组织器官病变造成疾病发生,而患同种疾病的不同病人针对相同的治疗方法会出现不同的临床愈后。因此,临床上要进行不同表型的分型,并找到分子标志物。

  这就是精准医学临床发展的需求。正是在这样的背景下,蛋白质组学从上世纪90年代进入大众视野以来,其在肝癌、胰腺癌、糖尿病等疾病早期诊断、治疗和分型等精准医学领域的作用受到越来越多的关注。

  张玉奎院士表示:“所有重大疾病,包括癌症,大家过去认为是基因在变化,现在看来实际上是基因里蛋白的变化。这可以用来诊断疾病,同时还可以诊断疗效。这样一来,诊疗过程就会更为精准。”

  蛋白质组学技术的快速发展,也驱动了精准医学的发展。特别是精准医学涉及的精准测量、精准定性、精准定量等都需要分析化学提供研究方法的支撑。

  比如,尿液跟踪检测。从你健康的时候起一直到病发连续检测你的尿液,录入专门的数据库。长时间跟踪就会发现你的尿液里的蛋白是朝着哪种疾病发展,然后进行及时调整,持续跟踪你的健康。

  再比如,怎么判断一个人是抑郁症还是郁闷。我们就发现,得了抑郁症有两个蛋白它表达特别高。所以,这两个蛋白就有可能是抑郁症的一个标记,如果它高了就考虑是得了抑郁症了,就要赶快做心理上的纾解。

  “这就叫蛋白质组学驱动精准医学,它为精准医学提供了一个工具或研究方法,它能够让诊疗更精准一点,治病依据更加充分一点。”张玉奎院士表示。

  值得一提的是,经过几代人从0到1的艰苦探索,中国已经是色谱、分析化学大国,从发表论文、申请专利和从业人员来看都是世界首位。

  不过,张玉奎院士认为,我国依然还不是分析化学强国。“因为很多重要的设备,高端的消耗品还依赖国外进口。接下来,还要更加注重自主研发、仪器研制及产业化发展,朝着分析化学强国迈进。”

  值得注意的是,他所在的中国科学院大连化学物理研究所分离分析重点实验室(以下简称大连化物所分离分析实验室)在产学研方面已经取得不小的突破。比如,大连化物所在色谱产业化方面,拥有国内一流的液相色谱生产企业大连依利特。

  就在去年,色谱分离技术的第三代研究者之一——汪博士团队,通过海创人才长三角创业服务中心引进并落地嘉兴南湖,所创办的浙江博颐生物将致力于基于新型分离材料的生物提取和生物合成新技术的产业化。令人欣喜的是,浙江博颐生物与苏州纳微科技以及大连化物所梁博士等为代表的第三代,所开发的高效色谱填料和色谱柱已经可与国外部分最新产品相媲美。

  色谱原本只是个分析工具,而现在已经很多人把色谱制备拿来做生物医药的分离、纯化,并且取得令人欣喜的成效。张玉奎举例,自己的“弟子”梁鑫淼团队在当地政府的支持下,在南昌搞了一个达87米的大装置,用五基色谱来纯化生中药。他已经把张伯礼院士开的“清肺排毒汤”,经过分离纯化,把马兜铃酸这个有害物质拿掉,把四个有效成分进行富集,最后变成了粉末,制成胶囊。

  “现在国际上对马兜铃酸的要求是零检出,但是我们中药天生就含有这个元素。过去中医上没有办法,就采取控制剂量的方法,不让你中大毒,实际上这是很危险的。”他表示,通过这种分离纯化的手段,困扰多年的中药出口难题也得以解决。

  再说到质谱。目前国内还是以进口为主,比如大连化物所生物楼里有40余台质谱,其中一台就是200万~300万元,成本高昂。不过,大连化物所分离分析重点实验室已经开始自己制造质谱,“去年疫情期间国外设备进不来,我们的质谱还卖出去30台。”

  张玉奎院士表示:“我们希望把质谱做大,还联合投资公司一起在杭州落地了一个公司,希望借此推动它的产业化。我们的目标就是临床质谱,解决临床问题,所以希望把它做成一个大产业。”

  质谱可以用于公共交通的防爆检测,也可以用来做肺结核筛查,还可以用于手术麻醉剂量的控制等方面。张玉奎院士认为:“将来质谱发展到临床,可以整个推动我们大健康朝前走,就不是说癌症怎么治疗,而是怎么预防癌症,怎么健康地活着。”

  目前,大连化物所分离分析重点实验室质谱和色谱都可以实现自主研制。近年来,国家政策层面大力支持下,国产仪器已经形成一定的规模。但是距离真正实现产业化,达到跟国外竞争的水平,还有个过程。从基础研究到产业方向、资金、技术实力、用户认可度等方面,国产仪器都还需要进一步改善。

  张玉奎院士认为,国产仪器要想真正达到国际先进水平,应该重点朝着单元部件的方向发展。首先就应该去解决部件问题,而不是都来做整机,这样研发力量就会分散,造成资源浪费。而是要走差异化路线,这个部件一批人生产,另一个部件另外一批人生产,然后再组装成一个整机,这样就会形成一种高质量发展的机制。

  “单元部件的高质量研究,应该成为今后的重头。”张玉奎院士认为,各研发机构集中精力做好一件事,这样才能形成中国特色的产业化。

2021-11-28 05:17:40
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