高通量技术使生物医学迈入“快车道”——记香港城市大学生物医学工程系教授史鹏

吕腾波

史鹏

一把刻刀，一双巧手，毫厘之间，却最能磨炼心性。金石篆刻是香港城市大学生物医学工程系教授史鹏的爱好之一，正是这样一双巧手，将我国生物检测及临床筛药工作带入了“快车道”。由史鹏及团队开发的高通量神经工程技术，扎扎实实地为生物医学领域发展铺设了一条“捷径”。

史鹏本科时求学于武汉大学的大热专业——电子学与信息系统，并选择了人工神经网络与通信作为自己的毕业研究。所谓人工神经网络，是对人脑组织结构和运行机制的抽象、简化和模拟。初入此门，他感到非常兴奋，立志要继续探求广博的知识。于是毕业后，他留美十年，在哥伦比亚大学取得了博士学位又加入麻省理工学院进行博士后研究，探索方向也随之来到更为前沿，同时与现时工作更为贴近的细胞工程及纳米医学领域，不久便独立开展了有关蛋白诱导神经细胞生长、完善神经网络的机制研究。

对并非出身于分子生物学专业的史鹏而言，蛋白基因改善的过程是一个需要跨越的实践鸿沟。那时，埋头苦干是他的生活常态。在历经一年半的不断尝试后，他终于取得了预想的成果，也收获了推动科研进程的重要心得：“做科研孤掌难鸣，适时开展合作研究，会取得事半功倍的效果”。

作为年度优秀研究者，在顺利斩获2010—2011年度西蒙斯基金会博士后奖学金杰出摘要奖之后，史鹏深觉属于中国科技变革的时代已经到来。他希望用自己的所知所学回馈故土，便归国入职了香港城市大学。

多年以来，围绕着生物医学服务人类的宗旨，史鹏团队取得的一个重要成果便是利用机器学习技术，从众多化合物中挑选出高潜力候选药物，从而减少研发新药的巨大时间和成本。他和团队利用斑马鱼模型绘制全脑活动图谱以探究大脑或中枢神经系统（CNS）对药物做出反应的位置和程度。尽管斑马鱼完全可视化的脑部结构可令神经系统类探索实验“一目了然”，但团队仍需攻克定位这些在水中敏捷游动的微型生物的难题。

传统上，研究者要先麻醉斑马鱼，再在其体内注入特定溶胶以固定观察。这一过程专业要求高、耗时长，远不能满足实验的效率要求。史鹏便创新性地采用了微流控技术加上物理设卡，将鱼统一固定在流道之中，定位又定向，只需20秒便可精准捕捉。更重要的是，这一操作无须麻醉，由此排除了麻醉剂的干扰及对化合物评估的影响。利用这一开创性手法，史鹏团队对3000余只斑马鱼幼体分别施加了179种CNS药物，来获得这些药物作用于斑马鱼大脑的活动图谱参考库。随后，他们使用机器学习算法，根据图谱内在的异质性特征，进一步预测了121种新型化合物的疾病治疗潜力。

这一成果在业内获得了高度认可，然而史鹏并未止步于此。他又将目光投向了微小核糖核酸（miRNA），因为其表达的变化与异常的细胞功能有密切关联。为实现对miRNA快速和高灵敏度的高通量检测，他开发了一种运用金刚石纳米针的新型细胞内活检技术。这项技术只需10分钟便可从活细胞中分离出目标miRNA，操作简单且应用前景广泛，不仅可用于新冠病毒（COVID-19）等的核酸检测，对早期癌症筛查同样大有助益。

“关于未来的研究，我还有很多想法有待探究。”正如对生活的热爱一样，史鹏对于自己的科研事业也有着生生不息的热情。科研路道阻且长，他表示将继续坚守初心，放飞思想，为我国生物医学工程事业提供更多新的可能。