四套獨(dú)立的自動(dòng)循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)上裝有上百個(gè)不同型號(hào)的養(yǎng)殖箱，上萬(wàn)條三四厘米長(zhǎng)的斑馬魚(yú)在養(yǎng)殖箱中不停游動(dòng)……這間特殊的魚(yú)房由科研人員24小時(shí)輪班關(guān)注水溫、水質(zhì)、增氧量、喂食量，實(shí)時(shí)調(diào)整記錄，以確保研究數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性。
“每個(gè)養(yǎng)殖箱上都清楚標(biāo)注著相關(guān)實(shí)驗(yàn)信息。”新華社新華健康記者日前在河南省兒童醫(yī)院斑馬魚(yú)研究平臺(tái)了解到，科研人員正在通過(guò)斑馬魚(yú)構(gòu)建基因敲除疾病模型，模擬人類(lèi)生病過(guò)程，進(jìn)而尋找兒童發(fā)病原因，為疾病的診斷、治療和藥物研發(fā)提供參考。
“博士漁夫”們的養(yǎng)魚(yú)經(jīng)
下午3時(shí)，喂食一次，水溫28℃，pH值7……每操作完一個(gè)步驟，王龍飛博士都會(huì)在記錄冊(cè)上記錄下監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，有些數(shù)據(jù)間的差異，只在小數(shù)點(diǎn)后面。
“哪怕是一些微小的變量，都可能會(huì)對(duì)研究結(jié)果產(chǎn)生巨大的影響，導(dǎo)致研究前功盡棄。”王龍飛說(shuō)，看似簡(jiǎn)單的養(yǎng)魚(yú)，背后卻是團(tuán)隊(duì)成員每天多次準(zhǔn)確無(wú)誤的“重復(fù)”。
王龍飛在研究生階段就從事斑馬魚(yú)相關(guān)研究，2019年從華中科技大學(xué)畢業(yè)后，進(jìn)入河南省兒童醫(yī)院工作，2021年他所主持的相關(guān)斑馬魚(yú)研究項(xiàng)目獲批國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目。
斑馬魚(yú)，因全身布滿(mǎn)多條深藍(lán)色條紋形似斑馬而得名。在外行人眼中，每個(gè)養(yǎng)殖箱里的斑馬魚(yú)也只是數(shù)量和個(gè)頭上有所不同。但對(duì)于“博士漁夫”們來(lái)說(shuō)，斑馬魚(yú)身上難以覺(jué)察的花色，代表著不同的品系；個(gè)頭的毫厘之差，可以顯示其處于哪一個(gè)重要發(fā)育階段；一個(gè)泳姿的變化，都可能事關(guān)某個(gè)實(shí)驗(yàn)的成敗。
目前，在河南省兒童醫(yī)院斑馬魚(yú)研究平臺(tái)，和王龍飛一樣的“博士漁夫”還有李紀(jì)同、馬曉翠、宋曉蕊等，加上延興學(xué)、周鑫魁、楊威利、李瑞靜等碩士，團(tuán)隊(duì)十多名成員畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院水生所、華中科技大學(xué)、山東大學(xué)等國(guó)內(nèi)知名科研院校。
“這個(gè)領(lǐng)域的人才非常稀缺。”平臺(tái)所屬實(shí)驗(yàn)室河南省兒童遺傳代謝性疾病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人張耀東介紹，剛開(kāi)始的團(tuán)隊(duì)成員除了“博士漁夫”們，很少有從事過(guò)斑馬魚(yú)研究，大家陸續(xù)通過(guò)相互學(xué)習(xí)、進(jìn)修實(shí)踐等多種途徑把技術(shù)提升到現(xiàn)在的水平。
“魚(yú)房就是一個(gè)小型生態(tài)系統(tǒng)。”李紀(jì)同介紹，不僅要養(yǎng)好斑馬魚(yú)，還要養(yǎng)好斑馬魚(yú)的食物——草履蟲(chóng)和豐年蝦，并設(shè)定固定的日常光照時(shí)間，“餓了要吃飽、睡覺(jué)要關(guān)燈，這樣斑馬魚(yú)才能大規(guī)模繁育，滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)所需”。
在河南省兒童醫(yī)院斑馬魚(yú)研究平臺(tái)的魚(yú)房?jī)?nèi)，科研人員正在飼養(yǎng)斑馬魚(yú)。（河南省兒童醫(yī)院供圖）
與人類(lèi)基因同源性高達(dá)87%
把魚(yú)養(yǎng)好是第一步，“博士漁夫”們真正的目標(biāo)，是利用斑馬魚(yú)完成醫(yī)學(xué)研究。
斑馬魚(yú)與人類(lèi)基因同源性高達(dá)87%，被譽(yù)為“水中小白鼠”。每次做實(shí)驗(yàn)前，科研人員會(huì)先在量杯中倒入麻醉藥水，然后輕輕放入斑馬魚(yú)，確認(rèn)麻醉起效后，再將斑馬魚(yú)移到電子顯微鏡下開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗(yàn)。“斑馬魚(yú)為人類(lèi)醫(yī)學(xué)研究作出了重要貢獻(xiàn)，我們也應(yīng)該維護(hù)好它們的生命尊嚴(yán)。”王龍飛說(shuō)。
手持細(xì)如發(fā)絲的顯微注射針，眼睛注視著顯微鏡下，屏住呼吸，腳踩腳踏板，利用壓力脈沖把溶液連續(xù)注射進(jìn)一顆顆直徑約為1.6毫米的透明軟體球狀魚(yú)卵中。通過(guò)這樣的胚胎注射，科研人員便可獲得基因突變的斑馬魚(yú)樣本。
也許有人會(huì)認(rèn)為，斑馬魚(yú)還沒(méi)有小拇指大，在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)族群中，比不上小鼠、大鼠，也遠(yuǎn)不及猴子這些更接近于人類(lèi)的“大動(dòng)物”。事實(shí)上，在大規(guī)模早期藥物研發(fā)上，使用斑馬魚(yú)不僅成本低、樣本大，而且獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果更便捷高效。
“斑馬魚(yú)繁殖速度快，一周就能產(chǎn)卵200到300顆，兩周就可以把幾百種潛在藥物篩選到幾十種范圍內(nèi)，而如果換成嚙齒類(lèi)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，不僅價(jià)格昂貴，可能需要兩個(gè)月甚至更久的時(shí)間。”張耀東說(shuō)，斑馬魚(yú)受精卵體外發(fā)育、胚胎透明，也易于觀察基因突變后的表型變化，有助于理解基因功能。
作為模式動(dòng)物，斑馬魚(yú)可以和多種人類(lèi)疾病建立相對(duì)應(yīng)的模型，從而進(jìn)行相應(yīng)研究，包括癌癥在內(nèi)的約2000種人類(lèi)疾病都能體現(xiàn)在斑馬魚(yú)身上。
“斑馬魚(yú)已成為研究中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病和藥物研發(fā)的重要工具。”王龍飛說(shuō)，斑馬魚(yú)已被用于構(gòu)建帕金森病、阿爾茨海默病、孤獨(dú)癥譜系障礙、精神分裂癥、抑郁癥等多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病模型。
讓罕見(jiàn)病更早被“看見(jiàn)”
“蝴蝶寶貝”“瓷娃娃”“月亮的孩子”……這些美麗的名字背后對(duì)應(yīng)的卻是遺傳性大皰性表皮松解癥、成骨不全癥、白化病等罕見(jiàn)病，多為先天性遺傳因素導(dǎo)致，與出生缺陷關(guān)系密切。目前已知的出生缺陷有8000多種，其中相當(dāng)一部分為罕見(jiàn)病。
確診難、治療方法少、可用藥品少且貴等難題交織，讓罕見(jiàn)病群體身陷困境，也令兒醫(yī)人心痛而又無(wú)奈。
基礎(chǔ)研究是整個(gè)科學(xué)體系的源頭，是解決所有技術(shù)問(wèn)題的總開(kāi)關(guān)。斑馬魚(yú)研究平臺(tái)作為河南省兒童遺傳代謝性疾病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)研究平臺(tái)，已具備開(kāi)展斑馬魚(yú)顯微注射、行為學(xué)分析、心電圖測(cè)量、心率血流測(cè)量分析等相關(guān)實(shí)驗(yàn)的能力，并建立起多種遺傳疾病基因敲除、腫瘤異種移植、缺氧腦損傷及早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜病變等斑馬魚(yú)疾病模型，在今年5月獲批河南省人類(lèi)疾病斑馬魚(yú)模型與藥物篩選工程研究中心。
“除了斑馬魚(yú)研究平臺(tái)，河南省兒童遺傳代謝性疾病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室還擁有分子診斷平臺(tái)、代謝篩查及細(xì)胞遺傳平臺(tái)。三個(gè)平臺(tái)相輔相成，當(dāng)罕見(jiàn)病相關(guān)基因存在功能不明確時(shí)，科研人員可在斑馬魚(yú)研究平臺(tái)進(jìn)行基礎(chǔ)研究，而最終的研究成果可以反饋和服務(wù)于臨床，幫助醫(yī)生對(duì)患兒開(kāi)展治療、對(duì)其父母進(jìn)行生育指導(dǎo)。”張耀東說(shuō)。
目前，河南省兒童遺傳代謝性疾病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室已篩出陽(yáng)性病例5000余例，絕大多數(shù)經(jīng)基因檢測(cè)進(jìn)一步確診。早期診斷治療減少了患者致殘致死率，改善了預(yù)后，部分患者甚至可以像正常人一樣上學(xué)、工作和生活。
作為人口大省，河南省兒童總?cè)藬?shù)超過(guò)2000萬(wàn)人。可以預(yù)見(jiàn)的是，隨著河南省兒童遺傳代謝性疾病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，罕見(jiàn)病患兒只能到北京、上海等地求醫(yī)問(wèn)診的狀況將逐步得到改善。
張耀東表示，將以?xún)和卮筮z傳病精準(zhǔn)診治、發(fā)病機(jī)制研究以及遺傳咨詢(xún)等為抓手，持續(xù)建設(shè)兒童遺傳代謝疾病防治體系和臨床生物樣本與數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，培養(yǎng)高水平的遺傳學(xué)診斷和遺傳咨詢(xún)專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍，建成集兒童遺傳代謝疾病篩查、診斷、治療、咨詢(xún)及研究一體化的高水準(zhǔn)省級(jí)實(shí)驗(yàn)室。
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