王鵬元 灣區逐夢 材料生物學的拓荒者

曾小苑

細胞是人體中最基本的結構與功能單位，有健康的細胞才能擁有健康的生命。過去10年，細胞生物學家一直嘗試對貼壁細胞進行調控。為了找出細胞與特定結構之間的關係，一直以來，生物學家對人造細胞外基質表面結構進行加工時，都是運用半導體方法，製備出規則且尺寸清晰的微納結構，借此找出細胞與特定結構的關係。半導體方法的優勢就是精準，但缺點就是又慢又貴，而且一般的生物實驗室根本不可能有這類設備。因此，為了克服這個問題，王鵬元團隊開發了一種新的人造細胞外基質。

學霸養成记：白大褂与醫生梦

從小對數理化有著深厚的興趣與優異的成績，似乎早已註定王鵬元會成為一個理工男。對新鮮事物有著高度好奇心的他，以全系第一名的成績畢業於台北科技大學化學工程系，並被保送進入台灣大學化學工程研究所。那一年，王鵬元的心中燃起了對生物的好奇心。「當時想象著能穿著白色實驗衣在實驗室裏面工作，遠看也像個醫生，從此與細胞和生物結緣」。

在台灣，化學工程是一門跨領域的學科，教授們的研究方向五花八門，有細菌發酵、程序控制、綠能材料、污水處理、半導體材料、生物醫學工程與生物材料等研究方向。在碩士期間，王鵬元對生物不僅有極大的好奇心，對生物化學與細胞學的相關課程也有濃厚的興趣。他一面學習著化工的專業科目，同時也努力學習生物化學與細胞學相關課程。兩年下來，王鵬元修習的課程遠遠超過了畢業要求，也順利的拿到了雙碩士學位——化學工程與醫學工程。

碩士畢業後，王鵬元準備出國念博士，託福與GRE都考好了，但因為不想增加家中的經濟負擔，最後應屆考取博士班成為學校課題組第一個博士生，留在了台北科技大學。當時，博士生需要通過資格考試且僅有兩次機會。資格考的科目全是化學工程學科裏最硬核難啃的科目，如高等流體力學、高等熱質傳、單元操作與工程數學等，「這些科目我光聽名字就不想打開課本」，更殘酷的是，這些科目與王鵬元當時的研究方向完全沒有關聯。在讀博士的前兩年，全身心投入的他，就像在讀兩個博士——白天念化工、晚上念生物。

從事多年研究後，王鵬元才意識到當時那些資格考試的潛移默化的效果，正是在10多年交叉學科的培養之下，王鵬元才成為一個具備多種學科知識的學者，這對其後來研究有相當大的幫助。在很多思考的模式和邏輯上，他發現自己比純生物背景的研究者有著更為廣闊的視野。

伯樂賞識「青千」人才入深圳

在加入中國科學院深圳先進技術研究院以前，王鵬元獲得了澳大利亞科學與工業研究院（SEIF）的資助，拿到了3年的博士後合同，先後在澳洲斯威本科技大學（SUT）擔任講師，在墨爾本大學與澳洲科學研究院（CSIRO）擔任兼職科學家，之後又成為了首位獲得澳大利亞傑出青年學者獎（DECRA）的臺灣青年，獲得斯威本理工大學副校長獎和維多利亞州政府獎學金，代表澳大利亞科學訪問團與中國科學家進行了2周的實地交流，並拿到了6年的講師長期合約，這樣的成績在澳大利亞的白人科學家中都是非常少見的。

一次機緣巧合之下，王鵬元代表澳方參加科學家交流學會遇到了中國科學院深圳先進技術研究院院長，在他的介紹和盛情邀請下，王鵬元對深圳的生物技術有了更全面的了解。2017年，王鵬元獲得國家「青年千人計畫」專案來到了深圳，並依託於中國科學院深圳先進院醫藥所，成立了幹細胞生物工程實驗室，並於2020年擔任深圳市重點實驗室主任。

「回國做研究一直都在我的計畫之內，而且中科院深圳先進院是一個產學研的平台，跟過去待在大學裏面的感受很不同。先進院不大，但研究領域卻不少，包含醫藥、腦科學、機器人、大數據、人工智慧與合成生物等。先進院也很重視科研成果的轉化應用，希望技術能夠轉化成產品，造福社會。當時作為青年千人人引進到深圳，這個選擇沒有錯！」王鵬元說。

未來可期 生命科學是前沿醫生

細胞是人體中最基本的結構與功能單位，有健康的細胞才能擁有健康的生命。現代醫學對細胞的操控能力愈來愈強，不論是從基因編輯的手段或是表觀遺傳的方法，人類一直渴望通過操控細胞來改變人類的命運，但距離實際應用還有很長的路要走。

「伴隨著精準醫療、個性化醫療的熱潮，未來某一天我們在體外操控細胞，可能已經不那麼遙遠了。」由於對改造細胞具有濃厚的興趣，過去10年，細胞生物學家一直嘗試對貼壁細胞進行調控。為了找出細胞與特定結構之間的關係，生物學家對人造細胞外基質表面結構進行加工，都是運用半導體方法，製備出規則且尺寸清晰的微納結構，借此找出細胞與特定結構的關係。王鵬元認為半導體方法的優勢是精準，但缺點就是又慢又貴，而且一般的生物實驗室根本不可能有這類設備。因此，為了克服這個問題，王鵬元團隊開發了一種新的人造細胞外基質。

人造細胞外基質具有複雜多元的表面微納結構，可以作為研究各種細胞行為的完美工具。其最大的優點就是製備簡單，又便宜又快，可高通量製備成材料庫。雖然此人造細胞外基質的結構無法跟大型設備做的精準度一樣，但能立即在所有的生物實驗室中普及使用，這個工具將揭示許多未知的生物現象，帶來新的變革。

人造細胞外基質開發至今僅僅5年，已經應用在多個生物領域，包含幹細胞、腫瘤細胞與微生物等，顯示出此材料寬廣的應用性與巨大的潛力。其中一項應用已經轉化到臨床，即在人造細胞外基質的輔助下，在體外快速擴增稀少的腫瘤細胞。得到足夠的細胞數量後，可為癌症病患進行大量化療藥物的篩選，除了可以免除癌症病患以身試藥的臨床難題，個人癌細胞的建庫則可以提供藥廠作新藥開發，在醫藥領域有巨大的影響力。

「生命科學或是醫學關乎人類健康，不會有終點。人想活得健康快樂，一定會想辦法解決人體面臨的各種問題，這樣醫學才會進步。」王鵬元指出，通過操控細胞來改變人類的命運，實現這一構想不僅僅需要目標、願景和行動，還需要攻克很多尚未解決的問題，例如細胞材料在生物上面的應用和反應。王鵬元團隊已經開始進行了一些實驗，由於細胞的種類非常多，它們在不同材料下的反應如何，它們如何相互作用，這是細胞與生物學上非常重要的研究方向，「把材料進行優化是我們組非常重要的方向之一，另外一個方向是生物的應用。」

王鵬元團隊的實驗室現在所開發的細胞外基質，稱為仿生細胞外基質，它能模擬體內細胞與細胞外基質的作用情況。

仿細胞外基質研究可以培養稀少細胞，一些病狀例如癌症在二線用藥完成後，醫生無法判斷用哪一種藥物的時候，過去只能通過檢測的方法去計算癌細胞在體內的含量，進而判斷病人的病情。「仿細胞外基質能在體外擴增一些細胞，擴增後有非常大的潛力能應用在病人身上。」王鵬元認為，人造細胞外基質的第一個潛力是能夠幫助醫生為病人篩查用藥，這是精準醫療的一部分。第二個潛力就是幫助建庫，將病人的病情、細胞等資料整合起來之後建立細胞資料庫，利用人造細胞外基質可以收集到1萬甚至10萬個病人的資料，當這個資料庫足夠大的時候，將這些資訊提供給藥廠，作為新藥開發的依據。那麼如癌症或其他慢性病的治療，就會有新突破。

深圳一個酷似台北的城市

作為8 0後，王鵬元生長於台灣經濟爆發的時代，人民安居樂業，但現在的台灣經濟卻在衰退。來深圳前，王鵬元也曾回台灣工作過，他背井離鄉、孤身一人在澳大利亞打拚將近10年，對回鄉工作充滿了期待。但在台灣兩年的時間裏，他發現台灣存在著諸多問題——少子化、年輕人不願從事科研，尤其是生物醫學領域。在幾經掙扎之後，他最終決定放棄台灣的正式教職，前往位於粵港澳大灣區的深圳工作。

來深圳後，王鵬元最大的體會是這裡的人都在努力奮鬥著。深圳外來人口多，這點跟他小時候生活的台北市有點像，一到春節或長假，整座城市宛如空城。「深圳是一座很勇於創新的城市！」深圳人的平均年齡在30歲左右，是一個充滿活力與動力的城市。而緊鄰香港、澳門的優越地理位置，讓三地人員的交流往來更為便捷。王鵬元認為，三地高校和科研院所的資源融合學習，將進一步提升深圳科研創新環境，加之大灣區蓬勃發展的助力，未來將大有可為！