今年9月，F(xiàn)acebook首席執(zhí)行官馬克·扎克伯格與他的夫人普莉希亞·陳在舊金山令人矚目地宣布：將在未來(lái)10年內(nèi)投入30億美元的巨額資金，資助科學(xué)家們攻克世界上最主要的疾病。他們期望在下一代人成長(zhǎng)的過(guò)程中，能夠更少受到疾病的影響，從而過(guò)上高質(zhì)量的生活。

其中BioHub生物中心是一個(gè)價(jià)值6億美元的研究所，匯集世界領(lǐng)先的生物醫(yī)學(xué)和工程創(chuàng)新領(lǐng)域的科研院所：加州大學(xué)伯克利分校、加州大學(xué)舊金山分校和斯坦福大學(xué)。 這三所研究機(jī)構(gòu)的科學(xué)研究專家們積極聯(lián)手其他研究機(jī)構(gòu)的同事，以及硅谷科技界的同仁們，致力于分享研究技術(shù)、工具和想法，為全球疾病治療大格局注入新的驅(qū)動(dòng)力。

日前，該研究所宣布啟動(dòng)其第一個(gè)研究項(xiàng)目：將創(chuàng)建第一個(gè)龐大的人類(lèi)所有細(xì)胞的目錄，稱為“細(xì)胞圖譜（The Cell Atlas）”。 

BioHub共同總裁Stephen Quake博士是這樣介紹的：“在Biohub，我們專注于兩個(gè)關(guān)鍵的事情：解決世界上最重大的醫(yī)療問(wèn)題，并與我們的社區(qū)以前所未有的有效方式合作。”隱藏在人類(lèi)細(xì)胞內(nèi)部的功能性運(yùn)作機(jī)制是許多致病的根本原因。“細(xì)胞圖譜”項(xiàng)目旨在開(kāi)始解鎖這些奧秘，揭示細(xì)胞是如何在健康人體內(nèi)正常工作的，更重要的是——當(dāng)疾病發(fā)生時(shí)，細(xì)胞內(nèi)究竟發(fā)生了什么。他是這樣進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)其觀點(diǎn)的，“教科書(shū)上的傳統(tǒng)觀點(diǎn)是說(shuō)，人體中大約有300多種類(lèi)型的細(xì)胞，包括在血液中攜帶氧氣的紅細(xì)胞、在大腦中長(zhǎng)期存在的神經(jīng)元和在眼睛中像數(shù)碼相機(jī)般工作的光感受器的細(xì)胞。但是，實(shí)際數(shù)量可能更大——最新研究估計(jì)近萬(wàn)。然而它們不能在普通顯微鏡下得以簡(jiǎn)單區(qū)分。逐個(gè)理清人體中上萬(wàn)的所有細(xì)胞類(lèi)型將更好地幫助研究人員和生物制藥行業(yè)了解每個(gè)細(xì)胞的分子特征，以及理解它們是如何對(duì)某些類(lèi)型治療做出反應(yīng)的。”

人體內(nèi)不同類(lèi)型的細(xì)胞 （圖片來(lái)源NIH）

這一理念為何從來(lái)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)過(guò)？也是有充分理由的。人體內(nèi)不同細(xì)胞類(lèi)型的宏大數(shù)量使得“細(xì)胞圖譜”成為一項(xiàng)史無(wú)前例的巨大任務(wù)。“細(xì)胞圖譜”的最終目的將是向世界各地的研究人員提供一個(gè)涉及所有細(xì)胞的目錄，諸如控制管理大腦、心臟、乳腺、腎和肺等重要器官的眾多不同類(lèi)型的細(xì)胞。

近年來(lái)，生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域終于迎來(lái)了能使這一夢(mèng)想付諸實(shí)施的一系列創(chuàng)新技術(shù)。部分重要技術(shù)成分也與Biohub的團(tuán)隊(duì)的努力密不可分。以下這些核心技術(shù)使得創(chuàng)建“細(xì)胞圖譜”不再是紙上談兵：

微流控芯片技術(shù)

Biohub的科學(xué)家與新一代的生物工程領(lǐng)域的人員緊密合作，專注于開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)集成電路的生物等效元件。這些嵌入了人類(lèi)細(xì)胞的微流控芯片或“生物芯片”使用微管道系統(tǒng)來(lái)分析患者樣品和藥物化合物。生物芯片允許科學(xué)家獲得很有意義的數(shù)據(jù)，這類(lèi)結(jié)果以前需要幾個(gè)星期才能生成，現(xiàn)在只需幾個(gè)小時(shí)。

值得一提的是Quake博士和其他同事發(fā)明了允許單個(gè)細(xì)胞在微流控芯片上的通道里移動(dòng)。不難想象，該技術(shù)奠定了“細(xì)胞圖譜”宏圖的基礎(chǔ)，因?yàn)榭茖W(xué)家可以迅速且精準(zhǔn)地捕獲單個(gè)細(xì)胞，逐個(gè)對(duì)單個(gè)細(xì)胞的基因組進(jìn)行測(cè)序分析。

CRISPR基因編輯

CRISPR技術(shù)已經(jīng)徹底改變了我們編輯和更改基因組的能力。Biohub的Cell Atlas項(xiàng)目將廣泛利用該技術(shù)手段測(cè)試實(shí)驗(yàn)室已有的細(xì)胞培養(yǎng)品系，深度理解打開(kāi)或關(guān)閉特定基因是否影響細(xì)胞的基本功能。這一舉措使得研究人員能夠研究哪些基因是生存所必需的，并探討當(dāng)不同類(lèi)型細(xì)胞失去特定基因功能時(shí)會(huì)有什么后果，從而構(gòu)建重要的疾病模型。

借助CRISPR技術(shù)，Biohub的科學(xué)家將能夠改變特定細(xì)胞中的蛋白質(zhì)動(dòng)力學(xué)，并結(jié)合熒光標(biāo)記，以前所未有的精度研究蛋白質(zhì)功能。

借助微流控芯片技術(shù)和CRISPR基因編輯技術(shù)，“細(xì)胞圖譜”項(xiàng)目勢(shì)必獲得海量數(shù)據(jù)（圖片來(lái)源：NIH）

高性能計(jì)算平臺(tái)

醫(yī)學(xué)研究人員往往缺乏強(qiáng)大的計(jì)算平臺(tái)，限制他們處理數(shù)據(jù)的能力。 基因?qū)W創(chuàng)新可以解碼單個(gè)細(xì)胞的DNA，微流控芯片可以立即分析組織樣本和藥物化合物的，以及大量各種新型成像數(shù)據(jù)，均使得傳統(tǒng)計(jì)算能力“捉襟見(jiàn)肘”。Biohub針對(duì)計(jì)算技術(shù)進(jìn)行投資開(kāi)發(fā)，應(yīng)用蓬勃發(fā)展的人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)能力，來(lái)滿足生物醫(yī)學(xué)研究人員的數(shù)據(jù)處理需求。

該項(xiàng)目草案也正在吸引廣泛的國(guó)際努力，以持續(xù)穩(wěn)定地完善“細(xì)胞圖譜”信息。Stephen Quake博士認(rèn)為：“BioHub仍然規(guī)模較小。這將需要巨大的國(guó)際合作。”事實(shí)上，已經(jīng)有一個(gè)稱為國(guó)際人類(lèi)細(xì)胞圖譜聯(lián)盟（International Human Cell Atlas Consortium）的小組正在制定“繪圖”策略，由英國(guó)桑格研究所領(lǐng)導(dǎo)，Quake博士也是該組織的重要成員之一。

“一切正在進(jìn)行之中了，”Quake博士頗具信心的展望說(shuō)道， “我認(rèn)為2017年對(duì)于‘細(xì)胞圖譜’項(xiàng)目來(lái)說(shuō)將是偉大的一年。”

文章來(lái)源：藥名康德