系統(tǒng)性思維推進新型抗癌藥物載體研發(fā)的理論與實踐

摘" 要：[研究目的]系統(tǒng)性思維是一種綜合性思考方式，雖已被廣泛應(yīng)用于解決社會復(fù)雜問題，但其在具體科學(xué)研究中的應(yīng)用仍然較少。探討系統(tǒng)性思維在具體科學(xué)研究中的應(yīng)用，尤其是其在推動多學(xué)科交叉融合、促進科技創(chuàng)新和提高研發(fā)效率方面的作用有重要意義。[研究方法]以超高載藥量納米載藥系統(tǒng)的科研工作為實例，從明確科研目標(biāo)、細(xì)化技術(shù)指標(biāo)、攻克瓶頸問題、布局成果轉(zhuǎn)化等方面詳細(xì)探討了系統(tǒng)性思維的重要作用。分析了科研人員在研發(fā)工作中遇到的挑戰(zhàn)，并提出了相應(yīng)的對策建議。[研究結(jié)論]系統(tǒng)性思維在新型抗癌藥物載體研發(fā)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，不僅提升了治療效率和生物安全性，還通過整合多學(xué)科的知識與技術(shù)，優(yōu)化了藥物載體的設(shè)計與合成。系統(tǒng)性思維的應(yīng)用有效地聯(lián)系了科研活動的各個環(huán)節(jié)，幫助研發(fā)人員識別及解決研發(fā)過程中的不確定性，促進科研成果的創(chuàng)新和實際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)性思維；科研創(chuàng)新；成果轉(zhuǎn)化；成果應(yīng)用；創(chuàng)新藥；抗癌藥物載體

中圖分類號：N949 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.19881/j.cnki.1006-3676.2024.10.03

一、系統(tǒng)性思維理論概述及其在藥物研發(fā)中的適用性

系統(tǒng)性思維是一種綜合性思考方式，區(qū)別于傳統(tǒng)的先分析后綜合的思維模式，它著重考慮事物的整體性和相互連接性，以此解決復(fù)雜問題[1-5]。這種思維方式特別強調(diào)部件之間的相互作用及其對整體功能的影響，在多學(xué)科、多階段科學(xué)研發(fā)的復(fù)雜過程中尤為重要，如新型抗癌藥物載體的研發(fā)[6]。通過實施系統(tǒng)性思維，研究人員能更有效地識別并利用不同學(xué)科之間的相互依存性，從而推動科學(xué)創(chuàng)新的邊界。

系統(tǒng)性思維的應(yīng)用范圍非常廣泛，已被眾多思想家和學(xué)者如巴里·里士滿（Barry Richmond）、多娜拉·梅多斯（Donella Meadows）、彼得·圣吉（Peter Senge）等深入研究和推廣[7-11]。這些學(xué)者的研究成果凸顯了系統(tǒng)理論在解決復(fù)雜全球性問題中的應(yīng)用價值。例如，里士滿在1987年將系統(tǒng)性思維定義為理解和描述復(fù)雜系統(tǒng)行為的一種方法，這不僅包括識別系統(tǒng)組成部分的技術(shù)，更重要的是理解這些組成部分如何相互作用產(chǎn)生整體行為的能力[7]。他強調(diào)系統(tǒng)性思維既是一種科學(xué)也是一種藝術(shù)，通過深入理解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來做出可靠的行為推斷。在教育領(lǐng)域，里士滿應(yīng)用系統(tǒng)性思維幫助教育者和學(xué)生理解學(xué)習(xí)過程中的動態(tài)聯(lián)系，而不僅僅是列出影響學(xué)習(xí)的因素。此外，他還通過系統(tǒng)動力學(xué)模型分析公共政策和社會問題，例如恐怖主義的輸入和輸出流動，展示了系統(tǒng)性思維在實際應(yīng)用中的成效。里士滿特別強調(diào)了反饋循環(huán)的重要性，這些循環(huán)是維持或改變系統(tǒng)狀態(tài)的關(guān)鍵，通過因果關(guān)系圖和行為過程圖來可視化這些相互作用，有助于識別系統(tǒng)中的杠桿點，即那些通過小的改變便可引發(fā)重大影響的關(guān)鍵因素。里士滿的研究表明，系統(tǒng)性思維通過超越局部視角，聚焦整體互動，對于解決復(fù)雜問題非常關(guān)鍵。

梅多斯一直致力于通過系統(tǒng)性思維促進更深層次的生態(tài)意識和可持續(xù)行為[8]。她的代表作The Limits to Growth利用系統(tǒng)動力學(xué)模型探討了全球增長的長期趨勢及其潛在限制。梅多斯將系統(tǒng)性思維廣泛應(yīng)用于環(huán)境影響評估，通過分析人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的影響，揭示環(huán)境壓力與經(jīng)濟發(fā)展之間的復(fù)雜關(guān)系，并探討如何通過改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來減輕這些壓力。梅多斯也致力于向公眾和決策者推廣和傳播系統(tǒng)性思維的重要性，以增強公眾和決策者應(yīng)對復(fù)雜系統(tǒng)挑戰(zhàn)的能力。在政策制定領(lǐng)域，梅多斯積極推動系統(tǒng)性思維在氣候變化、能源政策和資源管理等領(lǐng)域的應(yīng)用，強調(diào)使用系統(tǒng)模型預(yù)測和評估政策干預(yù)的長期效果。此外，她通過設(shè)計和實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，表明理解和利用系統(tǒng)的反饋循環(huán)和延遲對于創(chuàng)建更有效的可持續(xù)實踐的重要性。梅多斯的工作凸顯了系統(tǒng)性思維在解決全球最緊迫問題時的巨大潛力，她的Thinking in Systems： A Primer一書為系統(tǒng)性思維的理論與實踐提供了全面的指導(dǎo)，展示了系統(tǒng)性思維在科學(xué)研究、工程設(shè)計、政策制定和日常決策中的廣泛應(yīng)用，為多領(lǐng)域?qū)I(yè)人士提供了寶貴的視角和方法。

圣吉是系統(tǒng)性思維在組織發(fā)展和管理領(lǐng)域的重要推動者，其著作The Fifth Discipline中詳細(xì)描述了系統(tǒng)性思維在企業(yè)和組織改善與創(chuàng)新中的廣泛應(yīng)用[9]。圣吉提倡使用系統(tǒng)性思維來理解組織內(nèi)部的各種互動和反饋循環(huán)，識別和解決組織行為中的不良循環(huán)，從而推動組織的持續(xù)改進與發(fā)展。此外，圣吉強調(diào)在制定業(yè)務(wù)決策時，應(yīng)超越短期利益，考慮長遠(yuǎn)后果，用系統(tǒng)性思維挑戰(zhàn)和擴展傳統(tǒng)思維模式，以及在戰(zhàn)略規(guī)劃中使用系統(tǒng)性思維來預(yù)見和設(shè)計應(yīng)對潛在挑戰(zhàn)的重要性。通過這些實踐，圣吉的理論不僅鼓勵領(lǐng)導(dǎo)者和管理者采用更全面、更具戰(zhàn)略性的視角來理解和應(yīng)對組織面臨的挑戰(zhàn)，同時也極大地影響了學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的管理實踐。

這些理論的深入發(fā)展和應(yīng)用，為多學(xué)科交叉提供了寶貴的視角和方法。雖然，這種思維方式已在生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、經(jīng)濟學(xué)和工程學(xué)等多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[12-16]，但其在具體的科學(xué)研究實踐中的運用仍然有限。因此，本文旨在探討系統(tǒng)性思維在科學(xué)研究中的具體應(yīng)用，特別聚焦于新材料與生物醫(yī)藥交叉融合中的新型抗癌藥物載體的研發(fā)。此項研究嘗試填補系統(tǒng)性思維在藥物開發(fā)實踐中的應(yīng)用空白，展示其在促進醫(yī)藥創(chuàng)新方面的巨大潛力。

二、新型抗癌藥物載體研發(fā)中系統(tǒng)性思維的重要意義

癌癥是威脅人民生命健康的主要原因，也是提高人類預(yù)期壽命的重要障礙。根據(jù)世界衛(wèi)生組織在2019年對183個國家70歲以下死亡人口的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，在其中的135個國家中，癌癥是導(dǎo)致死亡的前四大原因之一[17]。根據(jù)國家癌癥中心2022年最新發(fā)布的《中國癌癥報告》統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，癌癥已成為我國最常見的死亡原因之一，新發(fā)病例和死亡病例均呈現(xiàn)上升趨勢，預(yù)計隨著人口老齡化，這一趨勢將進一步加劇[18]。面對日益復(fù)雜的健康挑戰(zhàn)，科研工作在創(chuàng)新藥物研發(fā)方面扮演著至關(guān)重要的角色，系統(tǒng)性思維在科研工作中的應(yīng)用，能有效幫助科研人員打破傳統(tǒng)研發(fā)的局限，整合多學(xué)科的知識和技術(shù)，更好地理解和解決疾病治療過程中遇到的多維度問題，從而可以更有力地推動科研創(chuàng)新，更有效地實現(xiàn)科技成果的高質(zhì)量轉(zhuǎn)化，更好地滿足人民日益增長的健康需求。

化療是治療癌癥的常用方法之一，但其傳統(tǒng)給藥方式存在多種問題，例如全身性副作用、特異性低、溶解性差[19-20]。靶向藥物作為一種能顯著提升癌癥治療成效的創(chuàng)新藥，因其低毒副作用和高特異性等優(yōu)勢受到越來越多的關(guān)注[21]。在此背景下，筆者以超高載藥量納米載藥系統(tǒng)的科研工作為實例，結(jié)合系統(tǒng)性思維的整體性、交互性、問題解決、未來導(dǎo)向這四個關(guān)鍵特征，探討系統(tǒng)性思維在科研工作中的重要意義。具體而言，系統(tǒng)性思維的應(yīng)用體現(xiàn)在以下四個方面：首先，綜合考慮項目的最終目的、預(yù)期成果與實際應(yīng)用，明確科研目標(biāo)；其次，深入理解各項技術(shù)參數(shù)之間的相互依賴和影響，細(xì)化技術(shù)指標(biāo)；再次，理解問題存在的系統(tǒng)性根源，以及這些問題對整個研發(fā)流程的影響，攻克瓶頸問題；最后，考慮科研成果到實際應(yīng)用過渡中的市場需求、生產(chǎn)條件、法規(guī)要求等因素，預(yù)見并應(yīng)對未來可能面臨的挑戰(zhàn)和機遇，布局成果轉(zhuǎn)化。

其一，明確科研目標(biāo)。在項目初期，筆者依托團隊在金屬有機框架材料（MOFs）合成領(lǐng)域的技術(shù)積累和專業(yè)優(yōu)勢，通過深入的市場和應(yīng)用前景調(diào)研，選擇納米抗癌藥物載體的合成作為主要研發(fā)目標(biāo)。這一選擇不僅符合當(dāng)前生物醫(yī)藥和新材料的發(fā)展趨勢，也直接響應(yīng)了面向人民生命健康的政策導(dǎo)向。此外，納米材料與水凝膠結(jié)合的潛在應(yīng)用前景使得該研發(fā)目標(biāo)與筆者的科研背景高度契合，從而能夠充分利用現(xiàn)有科研資源和技術(shù)優(yōu)勢，增強研發(fā)成果的實際應(yīng)用潛力。

其二，細(xì)化技術(shù)指標(biāo)。在科研方向明確后，筆者進行了全面的技術(shù)調(diào)研，確定了關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)和方法路徑的可行性。鑒于市場上抗癌靶向藥物常使用的脂質(zhì)體載體具有良好的生物相容性但載藥量較低（通常不超過10wt%）[22]，筆者選擇使用多孔納米材料MOFs來提高載藥量。MOFs的合成可能涉及重金屬元素，會帶來潛在的生物安全問題，因此，實驗設(shè)計中特別強調(diào)要將載藥量和安全性作為主要的技術(shù)指標(biāo)。

其三，攻克瓶頸問題。在研發(fā)過程中，筆者通過合成路徑創(chuàng)新來解決載藥量和安全性的雙重挑戰(zhàn)。MOFs的合成通常被認(rèn)為遵循了晶體經(jīng)典成核路徑，載藥系統(tǒng)的合成也多是將合成好的MOFs納米顆粒加入到藥物溶液中，利用MOFs高孔隙率、高比表面積特性，將藥物吸附至MOFs納米顆粒的孔道中[21]；而筆者基于團隊在MOFs納米顆粒非經(jīng)典成核路徑的研發(fā)基礎(chǔ)，開發(fā)了一種創(chuàng)新的合成方法，通過在MOFs非經(jīng)典成核合成反應(yīng)過程中加入抗癌藥物，將載藥量提升至90wt%[23]，大幅優(yōu)于傳統(tǒng)方法。載藥量的顯著提高也使得抗癌藥物被有效遞送的同時，金屬元素攝入劑量極大程度低于體內(nèi)安全極限，確保了藥物的安全性和有效性，后續(xù)的動物實驗也驗證了這一點。

其四，布局成果轉(zhuǎn)化。MOFs裝載抗癌藥物在動物模型中的成功應(yīng)用表明了其對癌癥治療的潛在價值，預(yù)示了其商業(yè)化應(yīng)用和替代市場上脂質(zhì)體藥物載體的可能性。為了推動這一技術(shù)從實驗室走向市場，筆者正在探索載藥系統(tǒng)的功能化修飾及其規(guī)模化生產(chǎn)的可行性。同時，通過發(fā)表論文來提高研發(fā)的學(xué)術(shù)和社會影響力，通過申請發(fā)明專利來進行知識產(chǎn)權(quán)的布局，為實現(xiàn)知識產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

三、新型抗癌藥物載體研發(fā)中的不確定性

盡管科研工作在靶向藥物的研發(fā)中起著至關(guān)重要的作用，但科研人員在此過程中可能面臨多種問題和挑戰(zhàn)，它們可能嚴(yán)重阻礙科研成果的創(chuàng)新性和實際應(yīng)用。

其一，目標(biāo)針對性不強。在靶向藥物研發(fā)中，設(shè)定明確的研發(fā)目標(biāo)和深遠(yuǎn)的立意十分重要。然而，一些項目的研發(fā)目標(biāo)可能不夠明確，未能充分對齊國家政策導(dǎo)向，也未能有效響應(yīng)社會最迫切的健康需求，或未專注于高發(fā)或高致死率癌癥類型的創(chuàng)新藥研發(fā)，從而限制了科研成果的社會影響力，降低了研發(fā)投入的效率和有效性。例如，許多研發(fā)項目專注于滿足市場需求，可能忽略了與公共衛(wèi)生緊密相關(guān)的特定疾病類型，如在我國具有高發(fā)病率和死亡率的肝癌或肺癌。

其二，科研創(chuàng)新性不足。出于確保項目可以順利完成的考慮，研發(fā)方案可能過分依賴已有傳統(tǒng)方法和理念，技術(shù)指標(biāo)選擇可能過于保守，缺乏創(chuàng)新和突破科研瓶頸的決心。這些因素導(dǎo)致大量資源的投入未能實現(xiàn)預(yù)期的社會效益，限制了潛在的科學(xué)突破，從而影響了科研項目的科學(xué)價值和國際競爭力。例如，傳統(tǒng)的化學(xué)合成方法可能在某些情況下被過度使用，而忽略了新興的生物技術(shù)或納米技術(shù)可能帶來的突破，或使用已知的藥物輸送平臺而不是探索新的納米技術(shù)或靶向機制，導(dǎo)致未能充分利用最新科技的潛力。

其三，成果轉(zhuǎn)化意識不強。在科研過程中，科研人員可能過度注重理論研發(fā)和學(xué)術(shù)論文的發(fā)表，缺乏將研發(fā)成果轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用的技能、經(jīng)驗和意識。這種以發(fā)表論文為導(dǎo)向的研發(fā)態(tài)度忽略了成果的實際應(yīng)用潛力，不利于科研成果向臨床應(yīng)用的順利過渡。例如，許多具有臨床應(yīng)用潛力的靶向分子在實驗室中顯示出極高的潛力，但由于缺乏適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)化機制和商業(yè)策略而未能進入臨床試驗階段。

其四，外部支撐不夠。科研工作通常需要長期的時間投入和大量的資金支持，尤其是在創(chuàng)新藥物從研發(fā)到上市的漫長過程中。然而，由于科研成果轉(zhuǎn)化見效慢，并伴隨一定的失敗風(fēng)險，外部資金和資源的支持難以保證持續(xù)和穩(wěn)定。此外，社會對創(chuàng)新藥物的接受程度不足，普遍存在的保守態(tài)度以及對新藥療效的擔(dān)憂，進一步加大了研發(fā)和應(yīng)用的難度。例如，新的癌癥治療藥物可能需要數(shù)年的臨床試驗來證明其安全性和有效性，而在此期間，缺乏足夠的資金和資源支持可能導(dǎo)致項目的延誤或失敗。

四、以系統(tǒng)性思維促進新型抗癌藥物載體研發(fā)的對策建議

針對靶向藥研發(fā)中所面臨的實際需求不明確、科研創(chuàng)新性不足、成果轉(zhuǎn)化意識不強和外部支撐不足這些挑戰(zhàn)，可以采取以下策略和措施來應(yīng)對和改善。

其一，明確實際需求。科研人員應(yīng)具有建立在“四個面向”之上的目標(biāo)思維，通過明確的市場和疾病趨勢分析，與國家健康導(dǎo)向以及市場需求緊密對接，專注于高發(fā)或高致死率的癌癥類型，以確保研發(fā)活動的社會價值和科學(xué)價值最大化，真正滿足社會和人民的健康需求。例如，通過系統(tǒng)地評估癌癥病例的地區(qū)分布和發(fā)展趨勢，科研團隊可以更精確地定位那些需要新療法的特定癌癥類型，從而提高研發(fā)的針對性和有效性。

其二，提升科研創(chuàng)新性。鼓勵進行高風(fēng)險的創(chuàng)新性研發(fā)，通過政策和資金支持，如設(shè)立專門基金，可以激勵科學(xué)家突破現(xiàn)有科研瓶頸。跨學(xué)科合作應(yīng)被提倡，如生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)和計算科學(xué)等學(xué)科的結(jié)合可以進一步推動科研創(chuàng)新。研發(fā)團隊?wèi)?yīng)充分利用其學(xué)術(shù)積累和技術(shù)優(yōu)勢來開闊研發(fā)思路，通過整合不同學(xué)科的最新技術(shù)和理念，開發(fā)出能夠解決復(fù)雜生物醫(yī)藥問題的創(chuàng)新解決方案。

其三，強化成果轉(zhuǎn)化意識。優(yōu)化科研評價體系，強化對科研成果轉(zhuǎn)化的獎勵和激勵，是提高科研轉(zhuǎn)化率的必要措施，這將鼓勵科研人員更加關(guān)注其研發(fā)的實際應(yīng)用價值。提供專業(yè)的轉(zhuǎn)化培訓(xùn)和支持，例如關(guān)于知識產(chǎn)權(quán)保護、市場分析和商業(yè)模型的培訓(xùn)，可以幫助科研人員更好地理解如何將理論研究轉(zhuǎn)化為商業(yè)產(chǎn)品。此外，建立高效的產(chǎn)學(xué)研合作平臺將加速科研成果的臨床試驗和商業(yè)化過程，促進學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的緊密合作，創(chuàng)建一個多方參與、互利共贏的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)。

其四，增強外部支撐。增強外部支撐是促進科研持續(xù)進展的重要因素。政府和私人部門應(yīng)提供持續(xù)且穩(wěn)定的資金支持，特別是對于長期和基礎(chǔ)性研究的投資。同時，通過政策支持簡化創(chuàng)新藥物研發(fā)的行政和法律流程，并通過公眾教育提高社會對新藥創(chuàng)新的理解和支持，可以建立一個更有利于科研創(chuàng)新的環(huán)境。例如，政府可以通過稅收優(yōu)惠、提供研發(fā)補貼和優(yōu)化審批流程等措施，降低研發(fā)創(chuàng)新藥物的經(jīng)濟和時間成本，同時提高科研機構(gòu)和企業(yè)的研發(fā)積極性。

五、結(jié)語

本文通過綜述系統(tǒng)性思維在新型抗癌藥物載體研發(fā)中的應(yīng)用，強調(diào)了這一方法論在促進科技創(chuàng)新和提高研發(fā)效率方面的關(guān)鍵作用，并探索了系統(tǒng)性思維在具體科學(xué)研究中的實際應(yīng)用。文章通過具體實例，展示了如何從明確科研目標(biāo)、細(xì)化技術(shù)指標(biāo)、攻克瓶頸問題、布局成果轉(zhuǎn)化四個方面著手，整合多學(xué)科的知識與技術(shù)，優(yōu)化藥物載體的設(shè)計與合成。雖然此方法已經(jīng)在提升新型抗癌藥物載體治療效率和生物安全性方面顯示出顯著成效，但以這四個維度作為系統(tǒng)性思維推動科技創(chuàng)新的關(guān)鍵支撐點仍可能存在一定局限性。未來研究可以探索系統(tǒng)性思維在藥物研發(fā)的其他維度的應(yīng)用，以更全面地解決研發(fā)中的復(fù)雜問題。此外，未來研究也可以利用新的方法和工具來更好地評估和量化系統(tǒng)性思維在整個研發(fā)過程中的具體貢獻和影響。從而深化系統(tǒng)性思維在復(fù)雜科研項目中的應(yīng)用，推動科研工作的全面進步。通過這樣的探索和實踐，可以更有效地利用系統(tǒng)性思維來解鎖科研潛能，提升科研成果的實用性和市場競爭力，最終實現(xiàn)科研成果的高效轉(zhuǎn)化和應(yīng)用。

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The Theory and Practice of Systemic Thinking in Advancing Novel Anti-Cancer Drug Carriers Research and Development

Duan" Pengfei1，2" " Wei" Xiaoxiao2" " Hou" Chengyu3

（1. Beijing Academy of Science and Technology， Beijing， 100089; 2. Beijing Academy of Science and Technology， Institute of Analysis and Testing， Beijing， 100089; 3. Beijing City University， Department of Public Administration， Beijing， 100094）

Abstract： [Research purpose] Systemic thinking is a comprehensive approach widely used to address complex societal issues， while less commonly applied in specific scientific research. This paper aims to explore the application of systemic thinking in scientific research， particularly its role in fostering interdisciplinary integration， advancing technological innovation and enhancing research efficiency， and development efficiency. [Research method] This paper utilizes the research work on ultra-high-loading nano drug delivery system as a case study， discussing the significant role of systemic thinking in clarifying research objectives， refining technical specifications， overcoming research bottlenecks， and strategizing achievement transformation. It analyzes the potential challenges encountered by researchers during the development process and proposes strategic recommendations. [Research conclusion] Systemic thinking plays a critical role in the development of novel anti-cancer drug carriers， not only enhancing therapeutic efficiency and biosafety， but also optimizing the design and synthesis of drug carriers by integrating multidisciplinary knowledge and technology. The application of systemic thinking effectively connects all stages of scientific activities， assisting researchers in identifying and addressing uncertainties throughout the development process， thus promoting the innovation and practical application of research outcomes.

Key words： systemic thinking; scientific research innovation; transformation of scientific and technological achievements; achievement application; innovative medicine; anti-cancer drug carriers

基金項目：北京市科學(xué)技術(shù)研究院“北科萌芽”項目“用于神經(jīng)纖維瘤病治療的ZIF-8納米藥物封裝結(jié)構(gòu)合成及性能研究”（23CE-BGS-01）。

作者簡介：段鵬飛，男，博士，助理研究員，研究方向為納米材料和成果評價。魏曉曉，女，博士，副研究員，研究方向為納米材料。侯成玉，女，研究方向為法學(xué)。