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医学科研创新的“六脉神剑”

医学科研创新的“六脉神剑”


 

       
为什么要提高医学科研项目的创新性? 
        爱因斯坦说,提出问题往往比解决问题更重要!

      “在医学科研中,解决问题的能力仅是逻辑或实验上的技能高低。然而,提出有价值的新问题,却需具备创新性的想象力。医学科研项目的选题,体现了研究者的科研思维、研究能力及其学术水平。” 百替生物首席技术顾问郭磊博士说到。经过在医学科研咨询领域多年的经验积累,郭博士对此深有感触,“因而,提出优秀的医学科研问题是临床医生开展科研工作的第一步,也是最重要的一步。”

        因此,在医学科研如此发达的今天,相信许多从事医学科研的研究人员、临床医生或是医学生都会把如何提高科研项目的创新性作为首要目标。

 

如何提高医学科研项目的创新性?

       如果我们对各类医学科研的选题方法进行深入的分析,我们不难发现,完成创新性高的医学科研选题其实并不困难和神秘。医学科研中的创新课题,其实是遵循一定规律的。综合起来,医学科研创新有六大基本方法,即医学科研创新的“六脉神剑”。


1、换物法

       在已有医学科研发现的基础上,换用不同的分子、细胞、组织或动物模型,或者换用不同的研究路线如新的技术方法或科研工具等。如,某最新医学科研进展是基于上皮组织的,我们则可提出科研问题;将上皮组织替换成神经组织,看看能不能获得类似的效果。

例如:

       Hanna等的研究发现,采用基因敲入技术对人类镰状血红蛋白基因进行纠正后,将体外培养的自体iPS细胞诱导为造血干细胞,移植后可治疗镰刀状细胞性贫血。此发现于2007年发表在《Science》杂志上后,就有很多类似的“换物法”研究,包括Tsang博士等就提出能否将类似的技术应用到视网膜细胞上。年龄相关性黄斑变性病人因视网膜中的细胞退化而导致中央视力丧失。他的研究发现,通过上述类似方法制成的特殊多能性干细胞,可帮助小鼠模型获得新的视觉神经元,并恢复视力。结果于2012年发表在《Molecular Medicine》上。


2、换人法

       在已有医学科研发现的基础上,通过对研究成果最终应用对象--人种的替换,以期在新人种中获得新发现,应用新成果的创新方法。我们常常可将研究对象从白种人(Caucasian)换到黄种人(Mengolian)或汉族(Hans) ,进行分子流行病调查、遗传表型和性状相互关系等方面的研究。

例如:

       每个人身上都有HLA(人类白细胞组织相容性抗原)等位基因,除同卵双生子外,两个个体间HLA全相合的概率极低,而且终身不变,可以作为遗传性标记。美国率先开展对人类HLA等位基因的系统检测研究工作,获得了大量的原创发现。但他们的研究对象主要限于白种人和黑种人。
       国内一研究组就利用“换人法”,针对黄种人开展此项研究,新发现了12例新HLA等位基因。骨髓造血干细胞移植可以挽救白血病病人的生命,而准确的HLA配型是造血干细胞移植的关键。国际基因库黄种人资料相对匮乏,因此此项研究使得黄种人的基因配型研究又向前迈进了一步。


3、筛除法

       从大规模的分子集合如基因组中,利用分子间的特异反应,设计实验筛选出目标分子、细胞或个体的创新方法。这种方法又称大规模筛选法,分子间的特异反应包括但不限于利用分子亲和原理在小分子化合物库的蛋白质靶向肿瘤新药筛选;利用DNA芯片、全基因组测序或外显子组测序进行疾病发病基因的筛选;利用酵母双杂交技术、噬菌体展示技术进行疾病相关蛋白质互作分子的筛选等。

例如:

      《Nature》报道的一项研究,对食管鳞癌患者样本进行了全基因组测序、全外显子组测序和比较基因组杂交芯片分析,筛选和发现8个与食管鳞癌发生相关的重要基因突变,其中一个是首次发现的肿瘤相关基因;通过这种大规模的筛查方法,该研究同时发现重要组蛋白调节基因MLL2、ASH1L等基因在食管鳞癌中呈现频繁的非沉默突变。
       这是一个很好的利用“筛除法”获得原创发现的例子。世界上许多重要的医学科研发现,都是采用这一创新思维方法获得的。20世纪最重要的医学发现-青霉素的发现,本质上也是“筛除法”的发现。只不过弗莱明的筛除是在无意间进行的。 
 

4、 加合法

      把两个或两个以上的表面上无直接联系的新技术方法或新科学发现联合起来,加合到某个疾病的研究中,以完成医学科研创新的方法。

例如:

     《Cancer Cell》杂志上的一项研究,将蛋白质晶体结构解析,多肽抑制等不同层面的新技术进行加合,应用于胃癌中新的抑癌基因YAP通路研究,取得了重要的科学发现。Hippo信号通路是最近新的热点癌变通路。原癌蛋白质YAP是此信号通路最下游的效应分子。
       大量临床分析发现,YAP在多种恶性肿瘤中的表达量上调明显,可诱导癌细胞生长。研究人员在蛋白质晶体三维结构解析的基础上,“瞄准”YAP设计了一个多肽类抑制剂,模拟天然拮抗剂蛋白VGLL4的功能,进行治疗性干预。在此研究中,研究者还整合利用了多个动物模型,用以验证这一多肽类抑制剂在动物整体水平抑制肿瘤生长的有效性。


5、错位法

       将针对一种疾病的科学发现或治疗方法等“错位”到另一疾病上来,也会有让人有“目眩”的创新感。

例如:

       发表在《Nature》的一项研究,就提出了二甲双胍抑制癌变的分子机制研究。一些回顾性研究表明,广泛应用的糖尿病双胍类药物可以使某些癌症患者受益。尽管存在这一有趣的关联,人们一直以来却并不清楚二甲双胍是如何发挥它的抗癌效应的。
       双胍类抗癌的分子机制到底是怎样的呢?通过这种“错位”的创新思维,Whitehead研究所的一个课题组,发现了一条使得癌细胞能够在低葡萄糖环境中存活的重要线粒体信号通路,而且验证了双胍类药物可通过影响线粒体对癌细胞发挥直接的细胞毒性效应。


6、反位法

       构思和提出与传统观点或科学常识相反的科学假设,并设计实验加以验证和论述的科学创新方法。

例如:

       通常认为维生素E和其他抗氧化剂可以防止体内某些活性化合物破坏DNA。由于DNA损伤与癌症有关,因此减少DNA损伤可能会阻止或延缓疾病的发生。一项研究却“反其道而行”,提出了一般人饮食中已有过量VE,没有必要再额外补充VE,而过量服用VE反而增加癌症发病的科学假设。研究中研究人员向小鼠喂食过量维生素E。与没有接受治疗的小鼠相比,服用抗氧化剂小鼠的肿瘤生长速度是前者的3倍。同时,后者死于癌症的速度也是没有接受治疗小鼠的2倍。
        研究人员还发现,在两种小鼠模型和人类细胞中,抗氧化剂似乎能够通过减少DNA损伤的数量从而保护癌细胞;相反,p53的表达则出现了减少--p53通常被认为能够抑制肿瘤生长。这项研究发表后引起广泛的报道和关注。
 


总结:

       换物法、换人法、筛除法、加合法、错位法和反位法,这就是医学科研高效创新的“六脉神剑”。

       这六个招式又可分为“小创新”与“大创新”两类。“小创新”难度小,包括换物法和换人法,属于跟踪性的科学研究。“大创新”难度大,包括筛除法、加合法、反位法和错位法,特点是原创性强。

 

展望:

       “一个好的医学科研课题的设计并不仅仅使用其中的一两个招式,而将多个招式加以综合运用,这样才能达到最佳的创新效果。医学科研的范畴不外乎探讨人类疾病的发生原因、机制、发展规律、影响因素、诊断、治疗和预防。”郭磊博士补充说,“科研选题时,要尽量细化和聚焦自己的研究方向。只要我们把握好自己的科研方向,再运用创新的“六脉神剑”,实现医学科研的创新性突破就是指日可待的事。”


(本文根据郭磊博士在医学科研创新沙龙上的演讲稿整理)