打開厚重的蓋子，液氮氣化出的白霧裊娜。順著液氮罐口向霧里看去，一根根緊密排列的細管在液氮罐中隱約可見。“這里有近3000種基因工程動物品系。”技術(shù)員張遠將霧中的貯存管提起來一些，液氮中保存的是動物的“種子”——受精卵細胞或精子細胞，其內(nèi)基因組已做了特定修改。
相對應(yīng)地，一排排品系“列傳”在不遠處的資料室整齊陳列。4月23日，在武漢大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院、武漢大學(xué)模式動物研究所主辦的“武漢肝臟代謝與心血管疾病國際學(xué)術(shù)會議”召開前夕，科技日報記者走訪武漢大學(xué)模式動物研究所(以下簡稱模式動物所)發(fā)現(xiàn)，這里的每一個模式動物品系都有據(jù)可查。從數(shù)千本資料中隨機抽出一本翻閱，其間詳細記錄著每一種模式動物的構(gòu)建過程，及其每天的演變。
在這里，團隊曾和國外“賽跑”，成為率先建立基因敲除模式大鼠體系的團隊之一;在這里，國外同行前來尋求質(zhì)量穩(wěn)定的大型模式動物用于新藥試驗。
創(chuàng)制40余種疾病模型，趕上“晚集”就不算晚
2016年發(fā)布的中國工程院重點咨詢項目戰(zhàn)略研究中，關(guān)于我國實驗動物科學(xué)的一章中這樣寫道：資源嚴重不足，不及發(fā)達國家1/10;技術(shù)嚴重滯后，至少落后發(fā)達國家30年。
上世紀80年代起，國外早已開始從事建立基因敲除動物模型的工作，用于新藥研發(fā)。“最成熟的模式動物小鼠的專利，美國已經(jīng)申請了數(shù)萬個。”那時候還沒有CRISPR的“魔剪”技術(shù)，對胚胎干細胞進行穩(wěn)定的培養(yǎng)是模式動物獲得的前提，利用鋅指酶等基因編輯技術(shù)也需要復(fù)雜的技術(shù)體系。
模式動物所研究團隊卻敏銳地覺察到，模式動物是基因序列從“天書”走向應(yīng)用的一個“命門”。趕上“晚集”就不算晚。小鼠品系專利的“賽道”已經(jīng)被占，但大鼠的胚胎干細胞系并沒有成功建立，因此還有機會。過去10年來，團隊持續(xù)自主或合作研發(fā)，目前已擁有基因工程大、小鼠品系近3000個，建立40余種標(biāo)準(zhǔn)化疾病動物模型，為國內(nèi)外1000余家科研院校及醫(yī)藥研發(fā)機構(gòu)提供模式動物的“中國造”。
模擬一個不難，難在模擬的“一致性”
模式動物的質(zhì)量保障，最適合套用那句“做一件好事不難，難的是做一輩子好事”——模擬一個不難，難在模擬的“一致性”。
一種新藥對癥嗎?回答這個問題，應(yīng)先在患病動物上看療效。如何讓動物患病?聽起來并不難。但如何讓一批動物患上程度均一、癥狀重合的同一疾病，卻很難。
在工業(yè)制造上，機器生產(chǎn)尚難達到質(zhì)量均一，何況對于有生命多樣性的活物?
模式動物所的秘訣是，人才。“我需要在這只小鼠的主動脈上結(jié)扎一下，造成血管狹窄，一段時間后，這只小鼠將表現(xiàn)出心肌肥厚的癥狀。”一邊給科技日報記者解釋，一邊靈活翻動手里的鑷子，一段比頭發(fā)絲還細的線就扎在某一條血管上。不到5分鐘工夫，田松已經(jīng)在小鼠的胸部皮膚上打了一個完美的“結(jié)”，結(jié)束了一場模擬人類病癥的動物模型手術(shù)。
模式動物所請來武漢大學(xué)附屬中南醫(yī)院的“一刀”醫(yī)生們前來給技術(shù)人員上手術(shù)課，他們的理念是，模式動物要經(jīng)得起質(zhì)量均一性的驗證，經(jīng)得起藥品試驗的嚴格檢驗，需要用工匠精神來“塑造”。
目標(biāo)導(dǎo)向，靈長類必需“與眾不同”
在業(yè)內(nèi)認為模式動物服務(wù)藥物試驗只能是“小鼠模式”時，模式動物所卻另辟蹊徑。
非人靈長類動物臨床上和人最為接近，最能模擬人的各種疾病，利用猴子作為藥物篩選模型最為理想。我國實驗猴資源豐富，有超過30萬只猴存欄，若加以合理利用，必將成為我國藥物研發(fā)的重要資源。武漢大學(xué)模式動物研究所利用飲食誘導(dǎo)、手術(shù)和基因編輯等技術(shù)，已在猴子上建立包括脂肪肝、肝臟和心臟缺血再灌注損傷等多種疾病模型，并基于此模型篩選全新的化合物，其中兩個藥物小分子已在猴子上完成藥理實驗和毒理評價，數(shù)據(jù)理想，正在推進臨床轉(zhuǎn)化，有望用于治療肝臟和心臟損傷。
研究團隊認為，在模擬人類疾病中，傳統(tǒng)基因敲除猴的技術(shù)路線不一定能夠成功。例如，在小鼠上敲掉一個基因，它會患高血壓，但在猴子上敲掉同一個基因，它除了患高血壓之外，還會患上很多其他的疾病。越高等的生物，基因越會“兼職”，因此很難有單因素控制的完美的靈長類疾病模型。
那么是不是就該放棄呢?目標(biāo)導(dǎo)向使得團隊進行了思路上的創(chuàng)新——在猴子上實現(xiàn)局部器官的基因編輯。比如團隊探索了基因包裹與高壓注射的結(jié)合方法，使得猴子某一器官組織細胞中的基因組吸收目標(biāo)片段，在局部實現(xiàn)表達或者抑制目的基因的效果。
“模式動物是要能夠穩(wěn)定地生產(chǎn)，并且能進行使用”，為了讓正常的動物能夠模擬出生命的“千姿病態(tài)”，團隊同時深耕基礎(chǔ)研究，對細胞通路、機理做到“觸一通百”，基于對泛素連接酶、受體因子等的深入了解，建立了多種模式動物的制作方法。據(jù)統(tǒng)計，在技術(shù)方法和疾病機制探索方面的創(chuàng)新，使得團隊共申請國內(nèi)外發(fā)明專利150多項，其中已獲批近60項，全部為發(fā)明型專利。
模式動物是將基因與疾病聯(lián)系起來繞不開的“樞紐”一環(huán)，是新藥研發(fā)的“急先鋒”。在這個領(lǐng)域，武漢大學(xué)模式動物研究所左手基礎(chǔ)理論研究、右手臨床應(yīng)用探索，用工匠精神，穩(wěn)扎穩(wěn)打地探出一條生命科學(xué)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用之路。(張佳星)
