双靶点抗肿瘤疫苗研制项目提升大学生综合能力

曹荣月，宋潇达，吴越，张雨轩，刘煜

中国药科大学生命科学与技术学院 (南京 211198)

创新是民族进步的灵魂、国家兴旺发达的动力。创业则是高校连续大规模扩招实现高等教育跨越式发展之后，高等教育由“精英教育”向“大众化教育”战略转移的过渡时期各高校面临的迫切需要解决的重大课题。为了适应新形势要求，教育部于2007年就启动了国家大学生创新创业训练计划(简称“大创”)，目的是从整体上改变过去我国高等教育以传授知识为主的单一教育培养模式，转变旧教育体制下培养出的学生缺乏创新意识、创业能力差的状况，注重培养学生适应现代化建设需要的创新人格、创新思维和动手实践能力，以促进学生全面发展和全面成才。

“大创”是高等学校本科教学“质量工程”的重要组成部分，中国药科大学是首批60所入选高校之一，并积极开展“大创”项目已经十多年[1]，在实现以本科学生为主体的创新性实验改革中，通过调动学生主动性、积极性和创造性，在激发学生创新思维和创新意识方面发挥了巨大推动作用，学生的综合能力伴随着课题的实施和完成得到了全面提升。本项目依托中国药科大学国家级生物制药实验教学示范中心大平台，笔者以“大创”项目“基于双靶点抗肿瘤疫苗研制”为培训内容，指导大学生完成理论知识学习、实验操作、科研思维和论文写作等训练。

1 课题的设计与靶点的选择

以实验室前期研究抗肿瘤疫苗为基础，课题组成员在大量阅读文献前提下，通过广泛搜集靶点疫苗的相关资料，发现大多数研究都偏向于单靶点疫苗，而单靶点药物又存在疗效不强、易产生免疫逃逸等诸多不足，因此，课题组构思了双靶点疫苗，选定鼠源粒细胞巨噬细胞集落刺激因子(Mouse Granulocyte-Macrophage Colony Stimulating Factor，mGM-CSF)[2]和促胃泌素释放肽(Gastrin Releasing Peptide，GRP)[3]为双靶点，前者能够刺激机体具有抗原递呈作用的树突状细胞，后者是黑色素瘤、肺癌、肝癌等多种肿瘤的标志物。课题思路的确定和实验技术路线的设计，保证了团队成员对课题的理解，明确了下一步的工作内容。

2 基因工程菌的构建、目标蛋白的提取

利用分子生物学、生物化学、微生物学以及生物工程工艺学知识和技能进行工程菌的构建和目标蛋白的制备。此过程中需要利用PCR操作技术[4]，课题组应用Primer Premier 5软件设计目标基因的合成引物来引导目标基因的合成，通过核酸内切酶和DNA连接酶、载体等的使用，构建阳性克隆，转染感受态细胞等操作，完成基因工程菌的构建。经实验室内PCR技术验证和核酸内切酶的酶切验证正确后，工程菌送第三方检测，在第三方检测的测序报告证实目标基因的正确性之后，课题组一方面办理菌种入国家菌种保藏中心保存，另一方面着手申请专利，同时开始大批量发酵基因工程菌、分离制备目标蛋白，完成蛋白质的定性、定量分析[5]。

“大创”项目处在此阶段时，实验所涉及的理论和操作基本有三种状态：①许多相关专业课学生已经学习过或者正在学习过程中，通过该实验，学生复习了已经学习过的知识，并且对正在学习的内容更加容易理解和掌握。②实验中需要用到部分技术和知识学生尚未学到，激发其对尚未开始学习的专业课程的兴趣。③学生了解并参与整个专利申请的过程。

3 动物肿瘤模型的建立、肿瘤疫苗药效初步探索、实验数据的汇总分析

在经过实验动物相关理论普及和实验动物操作培训后，课题组从动物中心预定符合课题实验要求的动物，并从国家实验细胞资源库购买实验所需的细胞株，开始各类肿瘤细胞的培养、肿瘤细胞的动物实验模型的造模、荷瘤动物的药效学检测如细胞因子的检测、目标蛋白的western blot等实验。此阶段很多理论和实验都是学生尚未学习的内容，有的甚至超越本科阶段的学习范围，其需要观摩研究生实验并在研究生手把手地指导下完成实验，本科生对将要学习的新知识会感到新奇与刺激，学习热情高。另外此举拓展了“大创”团队成员灵活运用多学科知识的能力，督促学生运用已经学习过的高等数学、数理统计、计算机等知识处理实验数据和分析实验结果，撰写本科生为第一作者的研究论文[6-7]，让学生了解到一些看似与药学专业联系并不密切的学科，如高等数学、计算机技术等与药学科研相配合的过程，这些训练无疑能让学生更有热情和信心投入到实验中，也让学生意识到学校开设的各门课程都有其开设的必要性。笔者多年指导学生“大创”的事实也证明，“大创”过程中学生尽管花费大量的课外时间查资料、做实验、整理数据、写文章、参加各类比赛，但其成绩非但没有下降，反而提升很多。曾经考试不及格“挂科”的学生不再挂科，只获得过三等奖学金的学生参加大创后能获得一等奖学金，大创小组的五名队员，除了出国和工作的学生，其余三名学生同时成功保研，分别被免试录取为微生物与生化药学、药物分析、药物制剂等专业研究生。

4 申请专利、发表文章、参加各类比赛

4.1 专利申请

当实验进展到基因工程菌构建时，课题组完成基因工程菌验证和菌种入国家菌种库之后，采取“申请在先”的原则，确定专利的申请。这一方面可以培养学生知识产权意识，另一方面可让学生掌握申请专利的基本流程和方法，为将来的研究和工作奠定基础。学生也由此明确知道了一项技术一旦申请专利，无论其通过论文发表，还是参加学术会议或展示会，或以其他方式的公开，都受到法律保护。而在申请专利之前，相关文献的检索、菌种入库的操作与办理、相关数据的分析等操作，都是本科生实验教学课堂中很少能够接触到的，这让学生在此过程中学习到很多本科生教学范围以外而在实验室里又必须掌握的知识，保证专利申请的有效性[8]。

4.2 文章写作

因为实验的进展和学生自身需要(保研、出国、联系工作等)，学生在实验尚未完全完成之前就要着手考虑写文章事宜。其在查阅大量国内外与课题相近的文献后，确定投稿的刊物，并尽可能阅读该刊物近十年内所能检索到的相似文章，特别是写作风格与写作要求，研读投稿要求。另外，指导教师要求学生按照杂志投稿要求处理数据、表格、图片等，从根本上保证投稿论文的格式基本符合录用要求[9]。

4.3 参加各类比赛

“挑战杯”系列竞赛被誉为中国大学生科技创新创业的“奥林匹克”盛会，是目前国内大学生最关注、最热门的全国性竞赛，也是全国最具代表性、权威性、示范性、导向性的大学生竞赛。“挑战杯”能让参与项目的学生看到自己与先进团队的差别，以便更好地学习别人的先进经验。准备比赛的过程和比赛中的答辩等，无疑都是对学生的一种锻炼，这样的锻炼改善了大多数理工生实验能力强、但表述能力弱的普遍状况。全国大学生药苑论坛、全国大学生生命科学竞赛、全国大学生生命科学创新创业大赛、各种专利大赛等都为学生提供交流、锻炼的平台。

5 “大创”项目大学生的收获

通过上述过程的训练，在校大学生在《中国药科大学学报》《中国生物工程杂志》《肿瘤防治研究》《中国肿瘤生物治疗杂志》《实验技术与管理》《药物生物技术》等国内核心期刊上发表多篇文章[10]，个别学生甚至以第一作者在Genes & Immunity、 Biomedicine & Pharmacotherapy等国外杂志上发表研究论文[11]。同时学校借助参加“大创”计划、“全国大学生药苑论坛”“阅江杯大学生专利大赛”等各项活动，提升了他们自主设计实验、自主完成实验、自主管理实验和实验结果的写作与成果口述汇报等多方面的综合能力。项目实施过程中让指导教师感到欣慰的是相关学生非但没有因为课余时间参与项目导致学习成绩下降，反而更多学生成绩得到提高。究其原因是参与“大创”项目激发了学生的学习兴趣，使其意识到课堂学习在实践操作中的重要性，理论知识也在实验的过程中得到巩固，尚未学到的知识在“大创”过程中接触后，相应理论更容易理解和掌握，并且掌握程度明显优于未参与过“大创”的学生，很多学生自信心倍增，一改伴随很久的自卑、厌学情绪和做事拖拉的习惯。原本在班上学习并不出众的“大创”组成员在进入“大创”组一段时间后，突然发现自己在实验技能、学习能力、查阅资料等方面领先班级其他同学很多，被激发出的自信和学习潜力不仅让他们学习成绩显著上升，还使项目进展进入良性循环，这也让指导教师在探索如何提升本科生教学质量方面更有信心。

6 存在的问题

不可否认十多年“大创”项目的教学也存在着无法忽视的问题。

6.1 教师层面

指导大学生创新创业项目时需涉及多学科知识，而且其实施过程极具实践性，这对教师的要求不仅限于先进的教学理念、丰富的理论知识，还要有很强的实践能力。

教师必须具有包容心，理解和接受学生在项目进行过程中的失败和困惑，引导学生发现实验中的问题，鼓励学生自己动手解决问题，帮助学生克服实验中的畏难情绪，激励学生在“大创”项目运行的一年或两年周期里能够取得更好成绩。

当指定项目与指导学生的自拟项目冲突时，相较于学生自拟项目，教师可能更偏向于以教师主导的指定的课题研究。因为自拟项目受限于学生专业知识和实践经验的不足，其设计的课题往往存在着方方面面的不足，甚至出现立项太大、课题难以进行和结题困难的情况；而以教师主导的课题研究活动往往具有良好的前期研究基础和一定实验配套，课题进展容易把控，实现课题目标相对比较容易。

6.2 学生层面

部分学生参加“大创”项目带有明显的投机性和功利性。“大创”项目的确能让一部分真正想踏踏实实跟教师做科研的学生受益匪浅。但也不排除一部分学生是为了出国充实经历、保研拿奖、完成学分、评奖学金等目标，曾出现个别学生参加“大创”后以各种借口不参加相关实验活动的情况。

一些学生缺乏应对实验失败的心理准备。有的学生参加项目时已经为实验设定了目标，但是在实验真正实施过程中，未得到计划内的结果甚至完全失败时，就变得痛苦与迷茫，有的甚至丧失继续实验的耐心和决心。

作为独生子女的学生时间观念和团队合作意识要加强。“大创”实验只有在寒暑假才有完整时间，学期中只有双休日才能抽出一天时间，这就要求学生必须按时、按量完成实验内容。学生有个人安排的时候，需要学生之间互相协作、调整。指导教师尤其要做好平日的考勤，以此作为专利、论文、比赛奖项排名顺序的依据(表1，2)。

表1 “大创”学生3十一月份实验室考勤统计表(2018.11)

表211月份“大创”全体学生实验室考勤统计总汇表(2018.11)

学生学号天数总时长(h)学生116403718219.03学生21540482814学生31540482414101学生416407404218.53

7 结语

在新形势下培养学生的创新意识、创新精神和创新能力，使其成为创造型的优秀人才，是时代和社会对新时期教育工作提出的更新、更高的要求，是满足知识经济时代对高素质人才需求的重要途径和有效措施，也是高等教育、教学改革发展的方向、潮流和趋势。笔者作为从教三十多年的一线基层教师，借助教育部、科技部和学校提供的优势平台，认真履行自己的工作职责，连续12年指导本科生“大创”项目。指导的本科生已经在国内外杂志、会议汇编上发表论文35篇，申请专利7项，其中两项以本科生为第一发明人[8,12]。实际上，如果学生认认真真去做“大创”项目，他们会很有收获，既能提高其科研能力以及和其他团队成员的沟通、合作能力，也能在各类比赛中取得良好成绩。