河南省醫(yī)學(xué)科學(xué)院科技展廳內(nèi)雙螺旋標志。記者 鄧放 攝

何種抗癌方案更精準？芯片之上，“迷你腫瘤”破壁試藥；離體心臟“遠行”，告別冬眠，入駐恒溫“智能生命艙”……在河南省醫(yī)學(xué)科學(xué)院（以下簡稱“省醫(yī)科院”），這些曾停留于實驗室的前沿突破，正加速涌向臨床應(yīng)用的疆場。

2023年7月15日，省醫(yī)科院重建揭牌。兩載耕耘，一批著眼未來的前瞻性項目在此生根：有的蓄勢待發(fā)，沖刺臨床轉(zhuǎn)化的終點線；有的已邁出實驗室，牽手醫(yī)院開啟人體驗證。

值此重建兩周年之際，記者探訪這座崛起中的醫(yī)學(xué)AI與人才高地，解碼多個實驗室里孕育的醫(yī)學(xué)“黑科技”，探尋尖端科技如何重塑生命律動。

省醫(yī)科院AI+類器官芯片平臺實驗室工作人員展示器官芯片。記者 李曉敏 攝

　　心臟轉(zhuǎn)運有了“智能豪宅”

心臟移植手術(shù)是挽救終末期心臟病患者的最后希望，當(dāng)一顆心臟需要“搬家”到另一個患者體內(nèi)時，它能在體外“旅行”多久還能保持生命力？目前技術(shù)條件下的答案是，4至6小時。

然而，省醫(yī)科院電生理所的科研工作者正在改寫這一現(xiàn)狀。他們研發(fā)出一套新的轉(zhuǎn)運系統(tǒng)——離體心臟溫血轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，就像為心臟建造了一座移動的“智能豪宅”，讓心臟在體外環(huán)境中存活時長時限延長數(shù)倍。

在心臟移植領(lǐng)域，時間就是心肌細胞的生命。現(xiàn)行主流的冷藏轉(zhuǎn)運技術(shù)就像讓心臟進入“冬眠”狀態(tài)：將心臟浸泡在4℃—8℃保存液中，通過低溫抑制代謝來爭取時間。但這種“冷藏保鮮”模式存在明顯局限——溫度波動可能造成心肌損傷。

“我們不再讓心臟‘休眠’，而是幫助它保持‘清醒狀態(tài)’。”省醫(yī)科院電生理研究所所長郝國梁解釋。新系統(tǒng)通過持續(xù)灌注特制保護液，讓離體心臟在34℃—36℃的接近生理溫度下維持跳動，就像給心臟建造了一個帶著生命支持系統(tǒng)的“移動房間”。

　　這個“生命艙”有何神奇之處？

中原納米酶實驗室中試基地生產(chǎn)線正在運轉(zhuǎn)。記者 李曉敏 攝

“首先，精密控溫系統(tǒng)將溫差控制在±0.5℃范圍內(nèi)，避免傳統(tǒng)冷藏的溫度波動；其次，特制保護液含有氧合載體、能量底物等30余種成分，相當(dāng)于為心臟準備的‘全營養(yǎng)餐’。”研發(fā)人員馬飛說，更值得期待的是，內(nèi)置傳感器可監(jiān)測心臟電活動、冠脈流量、乳酸值等多項指標，就像給心臟佩戴了移動的“智能心電圖”，心臟健康與否，一目了然。

近日，在省醫(yī)科院電生理研究所，記者見到了這個被科研人員親切稱為“新房子”的裝置。它外形酷似登機箱，卻裝著精密的生命支持系統(tǒng)。

“這兩個顯示屏，一個是固定的，一個是可以取下來的。”馬飛說，顯示屏可以實時顯示心臟的“健康數(shù)據(jù)”，一旦指標異常，系統(tǒng)會立即報警，讓醫(yī)生能及時干預(yù)。

目前，該系統(tǒng)已在動物實驗中取得突破性進展。馬飛說，近日，他們運用該系統(tǒng)轉(zhuǎn)運了一顆豬心臟，數(shù)據(jù)顯示，這顆離體豬心在24小時后仍保持良好功能狀態(tài)。

“未來，我們會模擬直升機運輸、公路顛簸等真實場景。”郝國梁教授透露，團隊下一步將開展更多動物實驗，為臨床應(yīng)用鋪路。

在郝國梁看來，每一顆被成功保存的心臟，背后都是一個有機會獲得新生的生命。未來，隨著技術(shù)不斷突破，心臟移植不再受地域限制，不再被時間緊迫所困擾。那時，更多的患者將有機會獲得這份珍貴的“生命禮物”。

“生命魔盒”初顯身手

一個手機大小的白色盒子，靜臥在河南省醫(yī)學(xué)科學(xué)院AI+類器官芯片平臺實驗室。別小看它，這個被稱為“器官芯片”的“魔盒”，正孕育著對抗癌癥的新希望。

如今，這項前沿技術(shù)已走出實驗室，真正開始幫助河南的癌癥患者挑選最有效的治療方案。

7月9日，該平臺負責(zé)人謝鑫告訴記者，今年5月，他們與省腫瘤醫(yī)院合作，啟動了一項針對難治、復(fù)發(fā)婦科腫瘤的研究，標志著國內(nèi)首個集成類器官芯片與人工智能圖像分析的精準醫(yī)療平臺正式邁入臨床驗證階段。

這項研究計劃招募200位晚期卵巢癌、宮頸癌、子宮內(nèi)膜癌或子宮肉瘤的患者，研究周期預(yù)計1—2年。研究人員會利用患者手術(shù)樣本或者腹腔積液樣本，在“器官芯片”上培養(yǎng)出“迷你腫瘤”，然后借助器官芯片3D成像和AI系統(tǒng)分析這些“迷你腫瘤”對不同藥物的反應(yīng)，從而篩選出針對患者最可能有效的個體化治療方案。

目前，已有13位患者受益，50歲的翠燕（化名）就是其中一位。她患有復(fù)發(fā)性漿液性卵巢癌，一個月前剛做完腫瘤切除手術(shù)，醫(yī)生提供了五種可能的用藥方案，但哪種對她最有效、副作用最??？傳統(tǒng)的“以身試藥”方式風(fēng)險高、耗時長。

隨后，她手術(shù)切除下來的腫瘤組織，被送到了省醫(yī)學(xué)科學(xué)院“AI+類器官芯片平臺”實驗室，研究人員立刻開始工作。

“我們先將腫瘤組織解離，提取出活的癌細胞，然后將它們‘種’到芯片上不同的格子中培養(yǎng)。”謝鑫說，芯片內(nèi)部模擬了人體環(huán)境，提供氧氣和營養(yǎng)液，一周左右，這些細胞便能生長成微小的細胞團——這就是“類器官”，可以看作是患者腫瘤的“替身”。

關(guān)鍵時刻來臨，研究人員依據(jù)醫(yī)生提供的五種候選方案，開始向不同的“迷你腫瘤”中添加不同的抗癌藥物并分組。4天后，利用3D成像與AI技術(shù)，科研人員對芯片上各組“迷你腫瘤”的變化進行精密分析，計算不同藥物方案的抑瘤效果。

“這個過程我們會重復(fù)2—3次，確保結(jié)果可靠。”謝鑫說。最終，清晰的數(shù)據(jù)顯示，第三種用藥方案對翠燕的“迷你腫瘤”效果最好，相對抑瘤率達到了71%。這個結(jié)果，為臨床醫(yī)生制定精準、高效的治療方案提供了強有力的科學(xué)依據(jù)。

“以前，判斷某個藥對病人是否有效，往往需要病人親身去試，可能承擔(dān)無效治療甚至毒副作用的痛苦。”謝鑫感慨，有了器官芯片技術(shù)，患者便能在體外，用自己的“迷你腫瘤”提前“試藥”，大大提高了治療的精準性和成功率。

這項“AI+類器官芯片”技術(shù)，融合了生物學(xué)、材料科學(xué)、工程學(xué)和人工智能，曾被國際頂級期刊《科學(xué)》雜志列為“十大新興技術(shù)”之一。它不僅為腫瘤患者帶來了福音，更有望改變新藥研發(fā)模式，替代部分動物實驗，因為動物和人體環(huán)境不同，而“迷你腫瘤”能更準確地反映藥物對人體的真實效果。

看著實驗室里忙碌的景象和那些靜默的器官芯片，謝鑫充滿信心：“這只是個開始。‘生命魔盒’潛力巨大，未來在新藥研發(fā)、基因治療、對抗衰老疾病等多個領(lǐng)域，都將大有作為。我們的目標，就是讓這些尖端科技更快、更廣泛地造?；颊?。”

　　河南迎來“綠色催化劑”

7月9日，在省醫(yī)科院醫(yī)研園中原納米酶實驗室中試基地內(nèi)，一條生產(chǎn)線正滿負荷運轉(zhuǎn)，兩名身穿白大褂的科研人員穿梭其間，不時查看數(shù)據(jù)儀表。

這是全球首條納米酶中試生產(chǎn)線，兩個月前正式投入使用，標志著納米酶技術(shù)邁出了從實驗室研發(fā)走向產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵一步。

“基地總共有4條生產(chǎn)線，目前其中3條已經(jīng)投產(chǎn)。”中原納米酶實驗室執(zhí)行主任孫國明介紹，4條生產(chǎn)線全部啟用，年產(chǎn)能可達30噸。

中試基地生產(chǎn)線的核心作用是驗證和優(yōu)化生產(chǎn)工藝，為實驗室技術(shù)實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)鋪平道路。其主要通過工藝流程優(yōu)化、小批量試制生產(chǎn)及安全性驗證，通過放大試驗規(guī)模來評估技術(shù)的可行性，為后續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)提供堅實數(shù)據(jù)支持。

納米酶，作為一種具有特殊催化性能的納米材料，近年來備受關(guān)注。它不僅能模擬天然酶的活性，還具有更高的穩(wěn)定性與更低的成本，因此在生物醫(yī)藥、畜牧業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用潛力。

中原納米酶實驗室成立于2023年10月。目前，實驗室率先完成技術(shù)轉(zhuǎn)化、從“書架”走向“貨架”的產(chǎn)品是農(nóng)業(yè)納米酶，該技術(shù)能在常溫常壓下高效催化空氣氮還原為氨，大幅提升植物氮素利用效率，在作物增產(chǎn)、抗病蟲害增強、土壤連作障礙消減等方面效果顯著。

今年3月，這項技術(shù)在河南本土小麥田、黃泛區(qū)農(nóng)場鹽堿地以及一些青菜園中率先進行田間試驗。5月底的試驗結(jié)果令人振奮：與常規(guī)施肥對照組相比，普通耕地小麥平均增產(chǎn)13.8%，鹽堿地小麥平均增產(chǎn)12.9%，上海青更是實現(xiàn)了20.6%的增長。

“農(nóng)業(yè)納米酶的核心價值在于實現(xiàn)雙贏。”孫國明說，“它既能減少30%的氮肥使用，又能同步提升作物產(chǎn)量8%~18%。”這為河南扛穩(wěn)糧食安全重任、建設(shè)農(nóng)業(yè)強省提供了強有力的技術(shù)支撐。

根據(jù)實驗室規(guī)劃，未來三年內(nèi)，農(nóng)業(yè)納米酶技術(shù)將推廣覆蓋河南2000萬畝耕地，預(yù)計2026年，該技術(shù)將實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)與應(yīng)用。

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離體心臟溫血轉(zhuǎn)運箱。記者 李曉敏 攝

在中試基地展覽柜前，孫國明拿起一瓶用于畜牧業(yè)領(lǐng)域的納米酶產(chǎn)品進行介紹。

“真菌毒素是一類由真菌產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物，常見于玉米、小麥等谷物中，因其結(jié)構(gòu)中的穩(wěn)定環(huán)氧基團與弱極性特性，難以被常規(guī)飼料加工工藝及吸附劑有效清除，已成為全球養(yǎng)殖業(yè)面臨的嚴重污染源。”孫國明解釋道，“豬食用含有真菌毒素的飼料后會引起腹瀉等問題，而我們的納米酶能夠高效降解飼料中的真菌毒素，將霉變糧轉(zhuǎn)化為安全飼料，這不僅顯著降低了養(yǎng)殖業(yè)對抗生素依賴性和環(huán)境污染風(fēng)險，還有效促進了豬只的健康成長，提高了養(yǎng)殖效率。”

此外，實驗室在醫(yī)用領(lǐng)域也取得突破：基于納米酶技術(shù)的抗菌敷料已進入臨床試驗階段，其衍生的抗菌材料未來可應(yīng)用于無菌衣物、抗菌手機殼等日常用品。

實驗室的創(chuàng)新實力已獲全球矚目——其核心納米酶技術(shù)入選2025夏季達沃斯論壇“十大新興技術(shù)”榜單。

展望未來，孫國明表示，實驗室將持續(xù)深化研發(fā)，加強與各方合作，加速推進納米酶技術(shù)在農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化進程，為河南乃至全國的科技創(chuàng)新與經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展注入新動能。