Science杂志报道:芯片实验室(Lab-on-a-Chip,LOAC)开发者让香港在生命科技领域占一席之地

2011年6月24日
Science杂志原文

译文

  香港向来是以商业环境而不是科学氛围闻名,但香港正在大力发展生命科技,期待以此作为新的支柱产业;一项全新的生物芯片技术的开发成功预示着香港正走在正确的路上。

在1994年,神经科学家于常海放弃了斯坦福大学提供的高薪职位回到了香港,并加入了香港科技大学。这场职业生涯的赌注以一种事先没有预料到的方式获得了回报。1997年,H5N1禽流感重创了香港。于常海说:“那时候还没有检测禽流感病毒的足够灵敏的工具,聚合酶链式反应(PCR)还没有标准化也不可靠。”这种情况促使他创立一家公司来开发分子诊断技术。公司成立后取得的进展又使于常海把目标放到了更高,他希望能在大型生物科技公司失败的领域取得成功:开发出能迅速诊断新发病原体的生物芯片。



在顽强地克服一个又一个难关后,于常海的公司——海康生命科技,开发出了一项创新的生物芯片技术:芯片上能够结合目标核酸链并覆以纳米颗粒来识别这种结合。中国广东省疾病与预防控制中心将在近期试用这种芯片和与之配套的全自动检测仪。美国国立卫生研究院(NIH)临床病理学家庄正平说:“这是一套独一无二的系统,它能让你用比其他技术快得多的速度得到想要的结果。”庄正平是与海康生命科技无利益关系的科学家。

如果于常海的名为电场辅助诊断(EFAD)芯片能够大获成功,那么它将是香港努力成为生命科技中心过程中的一个里程碑。数十年来,香港都是亚洲的金融中心。但到了2008年,由雷曼兄弟公司破产引发的金融危机重创了香港的金融服务业,严重刺激了香港当局。香港创新科技署王荣珍署长说:“香港特区政府的领导人开始思考如何让香港经济更多元化。”于是在2009年,香港政府提出要将科技创新列为香港的新六大支柱产业之一。为促进生命科技和制药的发展,香港政府在去年2月份出台了一系列的激励政策,其中包括1.38亿美元的新药研发基金和500万美元的启动资金用于设立国际临床试验和转化研究中心。

然而香港的努力能否获得成功并不是可以确信的。在中国,香港与其他地方如上海、天津、新兴医药城——泰州等城市相比是较晚鼓励发展生命科技行业的。这些地方的政府大量地给予企业包括税收减免等优惠政策,花费数十亿美元用于完善相关的基础设施。而香港土地稀少且昂贵,香港的主要卖点应该是严厉的知识产权权益保护的环境。王荣珍说:“我们从来都不会说我们的成本低,我们要吸引的是那些对知识产权敏感的企业。”

低调者的胜利:于常海年轻的公司赢得了开发快速诊断用DNA芯片的竞争 当年回到香港对于常海是一个巨大的转变,用他的话来说:“那时香港不是一个做科学的地方。”但上世纪90年代开始,香港的大学通过聘请大量的海外人才来着手改变这种观念。加入香港科技大学后不久,于常海投入了本科生的管理工作,并开始考虑把生物科技作为职业生涯的潜在选择。于常海说:“那时生物专业的毕业生在香港难以找到工作机会,最好的工作就是在某家医药公司做销售员。”他认识到他自己的公司应该能对改变这种情况起点作用,于是他聘请了一些香港科技大学的毕业生,这其中还包括海康生命科技的创始首席运营官刘乐庭先生。

刚开始,于常海的公司目标在那些挂得比较低的容易摘的果实:在转基因食品检测和对唐氏综合症等其他基因异常疾病的产前筛查方面,他的公司拥有东南亚地区首家通过国际标准认证的私营实验室。到了2003年,SARS病毒的出现促使于常海在临床诊断用实验室芯片上加大研发投入。他说:“我们看到瓶颈是在杂交上。”这是一个DNA解开为单链并结合在检测探针上的过程,整个流程通常需要很多小时。于常海在打破这项瓶颈上获得了成功:利用电场来调控DNA链并加速检测探针和DNA的结合。这使得他的团队能让DNA或RNA的杂交在数分钟内完成。这项技术也足够敏感,不需要通过PCR来扩增目标。庄正平说:“很明显,我们想要的生物芯片就应该是这样的。它用了一个不同的方法来达成目标。于常海足够专注和坚持,他找到了这个方法。”

另外一个挑战是如何检测结合在探针上的核苷酸链。其他公司采用的是荧光标记法,这需要昂贵的荧光显微镜和经过培训的专业人员。而于常海团队采用了纳米银颗粒淹泡样品反应池,使之锁定在发生结合的核苷酸链上。就像是黑白照片,这种锁定与否的对比信号,能够被一台廉价的感光耦合元件(CCD)数码相机检测到,并通过一台小型的自动化检测仪分析出结果。

这个方法是如此简单,当海康生命科技申请专利的时候,引用于常海的原话,“我们想肯定有其他人已经这样做过了。”但事实并非如此,于常海团队现在拥有了30项全球专利。伯纳德∙雷兹曼,一位伊里诺斯州的芝加哥大学病毒学家表示:海康生命科技能首获成功并不让人惊讶,很多诊断行业的公司更喜欢卖那些大型、复杂和昂贵的设备;而EFAD芯片检测仪仅仅是微波炉大小。他说:“给这台设备提供一个电源,就能成为一个可移动的芯片实验室,它可以看作是一个新型的传染病控制中心,可以帮助及时地阻断传染病的扩散。”

于常海于2002年被北京大学聘任,现在在香港和北京两地穿梭;当不在实验室的时候,他以香港生物科技协会主席的身份做着促进生物科技的工作。

为更好地和大陆竞争,已经入驻340家企业的香港科技园刚刚启动了一项6亿美元的促进方案,并希望以此创造4千个研发职位。香港科技园公司主席尼古拉斯∙布鲁克说:“我们需要找到适合我们的领域,比如培育专注在中国医药或医疗设备的初创型公司,如果我们试图做所有的事情,我们将面临失败。”而第一步就是给市场找到一个革新性的生物技术产品,于常海的生物芯片正逢其时。

“世界上没有人会相信这样的成就是在香港做出来的”,于常海说。

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