在北京大学生命科学学院的实验室里,邓宏魁教授(右一)正专注地指导学生进行实验操作,这一场景被镜头捕捉下来。摄影:谢正赛
自古以来,人类就梦想着能够“返老还童”,科学家们也一直在探索生命的奥秘,试图解开人类基因的密码,让生命时钟倒流。
历经近三十年的不懈努力,科学家们已经找到了三种技术途径,能够将成熟的细胞“回溯”到原始状态,进而成为多能干细胞。其中,克隆技术和转录因子重编程策略分别赢得了诺贝尔奖的殊荣,而第三种方法——化学重编程技术,则是由北京大学生命科学学院教授邓宏魁率先提出。
在2024年未来科学大奖颁奖典礼上,邓宏魁凭借这一开创性贡献荣获“生命科学奖”。他深情表示:“希望我们的细胞疗法能够抵达传统药物无法触及的领域,为人类的健康事业贡献力量。”
邓宏魁的研究,仿佛一位“魔术师”,致力于逆转细胞衰老,为损伤的组织或器官提供替代方案,有望拓宽人类的生命边界和健康前景。
邓宏魁以计算机为喻,形象地解释了细胞重编程的原理:“人体基因组如同计算机的硬件,而细胞内命运的控制则相当于软件。细胞重编程,就是在不改变硬件的前提下,将已经发育成熟的细胞‘格式化’,让其回到原始状态。”
1996年,克隆羊多利的诞生在全球范围内引起轰动,邓宏魁当时正在国外从事博士后研究,这一新闻让他看到了细胞重编程技术在未来医学中的无限可能。于是,他决定投身于再生医学的科研领域。
2001年,邓宏魁加入北京大学,开始了多能干细胞的研究工作。回忆起那段时光,他感慨道:“当时条件非常艰苦,没有实验室,我们就在仓库里临时搭建;没有网络,我们就自己拉线。”
经过不懈的努力,2013年,邓宏魁团队成功首创了化学重编程技术,只需使用外源性化学小分子,就能逆转细胞命运,将小鼠体细胞重编程为多能干细胞(CiPS细胞),开创了化学小分子调控细胞命运的新纪元。
然而,科研之路总是充满挑战。尽管团队认为小鼠实验的结果很快就能在人类身上复制,但人体的细胞身份特征极为稳定,难以改变。他们尝试了多种调控方法,但均以失败告终。然而,团队始终坚信自己的方向是正确的。
大自然总是充满奇迹,不同的生命之间往往存在着相通的奥秘。最终,邓宏魁团队从蝾螈等低等动物身上获得了启发。蝾螈具有强大的再生能力,肢体截断后仍能恢复完整,这为人类细胞的再生提供了宝贵的启示。
经过九年的不懈探索,2022年,邓宏魁团队成功将化学重编程技术应用于人体多能干细胞的制备,实现了利用化学小分子将人体细胞重编程为多能干细胞,即人CiPS细胞。
邓宏魁表示:“与传统方法相比,化学小分子操作简便灵活,时空调控性强、作用可逆,可以对细胞重编程过程进行精确操控,且不涉及转基因操作或伦理问题。”
业内专家指出,化学重编程技术是我国自主研发的、继细胞核移植和转录因子表达之后的新一代人多潜能干细胞制备技术,解决了干细胞和再生医学发展中的底层技术瓶颈,对人类健康和重大疾病治疗具有重大意义。
邓宏魁的办公室里悬挂着爱因斯坦的半身像和一张人类在月球表面留下第一个脚印的照片,这体现了他勇于突破、追求卓越的精神。他的团队成员王金琳认为,这两幅画像正是导师精神的最佳写照。
最近,邓宏魁的邮箱每天都会收到数十封来自全球各地糖尿病患者的邮件,他们渴望加入邓宏魁的研究项目,接受前沿技术的治疗。
一个多世纪以来,胰岛素作为治疗糖尿病的革命性药物,虽能控制病情,但无法实现治愈。然而,邓宏魁团队和天津市第一中心医院的合作研究,为1型糖尿病的治疗带来了新希望。今年9月,他们首次在国际上发表了利用化学重编程治疗1型糖尿病的临床研究成果。一位患病11年的患者经过治疗后,已摆脱胰岛素注射,疗效稳定持续一年以上,初步实现了功能性治愈。
邓宏魁形象地比喻道:“就像一辆开了十年的车,部件损坏需要更换新零件,人的身体也是如此。我们的研究就是生产这些新细胞,用来修补人体损伤的细胞。”
他进一步介绍,利用CiPS技术治疗糖尿病的过程包括三个步骤:首先提取体细胞(如皮肤细胞),通过化学小分子将其重编程为多能干细胞;然后诱导多能干细胞定向分化为胰岛细胞;最后将体外制备的胰岛细胞移植到患者体内。去年,这一治疗方法经国家卫健委批准,开始开展临床探索性研究。
首位接受CiPS技术治疗的糖尿病患者恢复情况良好,今年她成功登顶泰山,并送给邓宏魁一块泰山敢当石,邀请他一同攀登。
北京大学生命科学学院博士生周正暘表示,每当看到这些求助邮件,他都感到强烈的使命感。他怀揣对再生医学的浓厚兴趣,大二时就加入了邓宏魁的课题组。“一想到自己的研究能帮助患者减轻病痛,我就觉得充满了动力。”
邓宏魁始终坚持做有价值的科研,王金琳认为,导师做科研从不追求论文数量,而是以解决实际问题为导向,以造福人类为终极目标。
目前,邓宏魁团队正致力于用这项技术制备特定的功能细胞,用于治疗特定的疾病。王金琳介绍:“虽然这项疗法距离广泛应用还有一段距离,但我们正在优化第三代重编程技术,使其更安全、高效、易操作,希望它能成为再生医学领域的底层技术。”
多能干细胞因其能分化成体内几乎所有的细胞类型,被形象地称为“种子细胞”。与“种子细胞”打了二十多年交道的邓宏魁,认为自己也在不断生长。
“我是一个特别有激情的人。无论年龄多大,人都应该再生长,停止生长就失去了生命力。这么多年来,我的好奇心和激情从未改变,这与年龄无关。我觉得,这是做科研最重要的品质。”
这份激情也深深感染了他的学生。周正暘发现,导师的日常工作安排得井井有条,每周的组会都雷打不动地参加,即使半夜参加了国际线上会议,白天依然精神饱满地出现在办公室。导师的微信群名为“吾辈之梦,不负韶华”,经常在群里鼓励大家全力以赴,做到最好。
多学科交叉是邓宏魁团队保持活力的另一大法宝。他们与材料科学、工程学的专家合作,共同推进人工肝装置的研究;与临床医学学者携手,缩短从实验室到临床应用的距离。
邓宏魁经常邀请不同领域的专家来校讲座,以帮助学生建立广泛的知识体系。“学术交流至关重要,研究员们需要与其他领域的专家交流,寻找合作机会,同时交流技术、研究方法和科学问题,从不同角度思考和解决问题。”