高通量技術使生物醫學邁入“快車道”
——記香港城市大學生物醫學工程系教授史鵬

呂騰波

史鵬

一把刻刀，一雙巧手，毫厘之間，卻最能磨煉心性。金石篆刻是香港城市大學生物醫學工程系教授史鵬的愛好之一，正是這樣一雙巧手，將我國生物檢測及臨床篩藥工作帶入了“快車道”。由史鵬及團隊開發的高通量神經工程技術，扎扎實實地為生物醫學領域發展鋪設了一條“捷徑”。

史鵬本科時求學于武漢大學的大熱專業——電子學與信息系統，并選擇了人工神經網絡與通信作為自己的畢業研究。所謂人工神經網絡，是對人腦組織結構和運行機制的抽象、簡化和模擬。初入此門，他感到非常興奮，立志要繼續探求廣博的知識。于是畢業后，他留美十年，在哥倫比亞大學取得了博士學位又加入麻省理工學院進行博士后研究，探索方向也隨之來到更為前沿，同時與現時工作更為貼近的細胞工程及納米醫學領域，不久便獨立開展了有關蛋白誘導神經細胞生長、完善神經網絡的機制研究。

對并非出身于分子生物學專業的史鵬而言，蛋白基因改善的過程是一個需要跨越的實踐鴻溝。那時，埋頭苦干是他的生活常態。在歷經一年半的不斷嘗試后，他終于取得了預想的成果，也收獲了推動科研進程的重要心得：“做科研孤掌難鳴，適時開展合作研究，會取得事半功倍的效果”。

作為年度優秀研究者，在順利斬獲2010—2011年度西蒙斯基金會博士后獎學金杰出摘要獎之后，史鵬深覺屬于中國科技變革的時代已經到來。他希望用自己的所知所學回饋故土，便歸國入職了香港城市大學。

多年以來，圍繞著生物醫學服務人類的宗旨，史鵬團隊取得的一個重要成果便是利用機器學習技術，從眾多化合物中挑選出高潛力候選藥物，從而減少研發新藥的巨大時間和成本。他和團隊利用斑馬魚模型繪制全腦活動圖譜以探究大腦或中樞神經系統（CNS）對藥物做出反應的位置和程度。盡管斑馬魚完全可視化的腦部結構可令神經系統類探索實驗“一目了然”，但團隊仍需攻克定位這些在水中敏捷游動的微型生物的難題。

傳統上，研究者要先麻醉斑馬魚，再在其體內注入特定溶膠以固定觀察。這一過程專業要求高、耗時長，遠不能滿足實驗的效率要求。史鵬便創新性地采用了微流控技術加上物理設卡，將魚統一固定在流道之中，定位又定向，只需20秒便可精準捕捉。更重要的是，這一操作無須麻醉，由此排除了麻醉劑的干擾及對化合物評估的影響。利用這一開創性手法，史鵬團隊對3000余只斑馬魚幼體分別施加了179種CNS藥物，來獲得這些藥物作用于斑馬魚大腦的活動圖譜參考庫。隨后，他們使用機器學習算法，根據圖譜內在的異質性特征，進一步預測了121種新型化合物的疾病治療潛力。

這一成果在業內獲得了高度認可，然而史鵬并未止步于此。他又將目光投向了微小核糖核酸（miRNA），因為其表達的變化與異常的細胞功能有密切關聯。為實現對miRNA快速和高靈敏度的高通量檢測，他開發了一種運用金剛石納米針的新型細胞內活檢技術。這項技術只需10分鐘便可從活細胞中分離出目標miRNA，操作簡單且應用前景廣泛，不僅可用于新冠病毒（COVID-19）等的核酸檢測，對早期癌癥篩查同樣大有助益。

“關于未來的研究，我還有很多想法有待探究。”正如對生活的熱愛一樣，史鵬對于自己的科研事業也有著生生不息的熱情。科研路道阻且長，他表示將繼續堅守初心，放飛思想，為我國生物醫學工程事業提供更多新的可能。