《科技创新与品牌》杂志社创新成果

利用绿色荧光蛋白进行癌症生物学研究的先驱


    绿色荧光蛋白(GFP)被誉为生物学研究中的“北斗星”。在它的指引下,科学家在21世纪初深入大片未知的科学处女地,成果层出不穷。它像一盏明灯,帮助研究人员照亮生命体在分子层面和细胞层面的诸多反应。杨萌博士早在1997年在加州大学圣迭戈分校做博士后研究时就利用荧光蛋白基因进行肿瘤生物学研究。10多年来,杨博士和他的合作者们先后在权威的国际性学术期刊上发表了大量的利用荧光蛋白进行肿瘤生物学研究的学术论文。他在这一领域内的研究成果已经得到了学术界广泛的关注和重视。“来自钱永健实验室的科学家也用我们的荧光肿瘤模型和成像系统进行过研究。”杨博士不无骄傲地向我们介绍。如今,由他首创的利用荧光蛋白监测完整的生物体内基因表达的荧光成像法已被各国的研究者广泛采用。杨萌博士无疑是应用绿色荧光蛋白进行癌症生物学研究的先驱者之一。

安泰康生物技术(北京)有限公司总经理杨萌博士

安泰康生物技术(北京)有限公司总经理杨萌博士

        近年来,克隆、转基因、生物质燃料等一大批与生物产业相关的新名词已经进入我们的生活。由生物产业引发的医药、农业、能源、材料等领域的产业革命,将是未来经济社会发展的又一重要推动力。数据显示,全球生物产业销售额几乎每五年翻一番,增长速度是世界经济平均增长率的近10倍。在发达国家,生物技术已经成为一个新的经济增长点。“十五”以来,我国生物医药产业进入一个全新的发展时期。
        值得一提的是,生物制药的主要治疗对象之一是各种恶性肿瘤,而其疗效往往较化学制药更高。根据卫生部公布,中国癌症死亡率持续提升,目前占城市总死亡人口22%、乡村死亡人口16.5%,成为中国最主要的疾病,这说明未来生物制药对国家疾病控制的重要性。
        我国生物医药产业起步较晚,国内抗癌药物基本被西方发达国家的大型医药公司所垄断,而临床前药物筛选过程成为阻碍这一产业发展的瓶颈。安泰康生物技术(北京)有限公司(以下简称安泰康)引进了世界领先的在完整的生物体内实时监测基因表达的荧光成像技术,为我国抗癌药物的研发带来了曙光。



安泰康实验室剪影

安泰康实验室剪影

        利用荧光蛋白进行癌症生物学研究的先驱

        2008年,包括美籍华裔科学家钱永健在内的3名美国科学家由于对绿色荧光蛋白研究所做出的贡献获得诺贝尔化学奖。瑞典皇家科学院新闻公报将绿色荧光蛋白的发现和改造与显微镜的发明相提并论:“绿色荧光蛋白在过去的10年中成为生物化学家、生物学家、医学家和其他研究人员的引路明灯……成为当代生物科学研究中最重要的工具之一。在它的帮助下,研究人员能够看到以前所不能见的新世界,这包括大脑神经细胞的发育过程和癌细胞的传播方式等。”
        提起利用荧光蛋白研究癌症,杨萌博士和AntiCancer, Inc.的研究人员无疑是应用绿色荧光蛋白进行癌症生物学研究的先驱者。杨萌早年在加州大学做博士后研究时就利用荧光蛋白基因进行肿瘤生物学研究。
        在进入抗癌生物学研究之前,杨萌曾经是一位出色的外科医生。杨萌出生于福建平潭,1980年于福建医科大学毕业后便被分配到了临床第一线,做了一名拿手术刀的大夫。当时福建沿海和日本的很多地方一样属于胃癌发病率较高的地区。手术是胃癌治疗的主要手段,杨萌几乎每天都要面对胃癌患者。但是随着手术越做越大、越做越好,之前崇尚技术至上的杨萌变得日渐迷茫了—因为手术本身的成功与否有时与病情的缓解程度并不成正比。他为日复一日的努力换来的不尽人意的结果感到困惑。当时日本在胃癌的早期诊断和早期治疗方面已取得了举世瞩目的成果。杨萌一边自学日语一边同当地的专家学者联系,争取进修机会。1989年底,杨萌如愿进入日本福井医科大学第一外科做临床研究。这一经历使他眼界更加开阔,也使他发现自己在科研上的兴趣所在,于是在接下来的4年时间里,杨萌在日本福井医科大学攻读博士学位,之后由导师引荐,到横滨市立大学做讲师。1997年初,杨萌被推荐参加日本横滨市立大学医学部第二外科学讲座和美国加州大学圣迭戈分校外科学系肿瘤生物学相关的联合研究课题,赴美从事博士后研究,导师正是AntiCancer, Inc.的创立者霍夫曼教授。
        在3年的博士后研究生涯中以及其后在美国著名的AntiCancer, Inc.担任研究员期间,杨萌博士主要致力于利用荧光蛋白基因研发人类肿瘤模型。
        回国创业前,杨萌已在AntiCancer, Inc.工作了11年。2001年起任该公司高级研究员。在此期间,杨萌曾担任过美国国立癌症研究所在体细胞和分子成像中心的研究项目评审员,并负责过多项美国国立癌症研究所资助的癌症生物学相关的科研项目。杨博士和他的合作者们先后在包括PNAS,Cell,Cancer Research和Nature Protocols等权威杂志在内的国际性学术期刊上发表了80多篇完整的学术论文。他利用新一代的癌症动物模型系统,大大提高抗癌药物体内筛选这一新药研发关键环节的效率,并获得了多项体内外药物评价方法的专利。其中,利用荧光蛋白在完整的生物体内实时监测基因表达的荧光成像技术在肿瘤生物学研究和新药开发评估环节上具有至关重要的作用,该技术已获得多国专利,并且已经转让给多家世界顶级的制药厂商。他在这一领域内的研究成果不仅已经得到了学术界日益广泛的关注和重视,而且已经被运用于日常的科研和生产中,并正在产生日益增长的、切实的社会效益和经济效益。

杨萌博士向来京访问的导师霍夫曼教授汇报工作

杨萌博士向来京访问的导师霍夫曼教授汇报工作

        荧光蛋白新技术的开发和应用

        上世纪90年代末,荧光蛋白技术成为生物研究领域的新宠儿,最早出现的绿色荧光蛋白是被日本的下村修树等人发现的,但是,由于当时技术条件所限,荧光蛋白如何在生物医药领域应用并不十分明朗。
        在加州大学圣迭戈分校做博士后研究时,杨萌博士和来自日本横滨市立大学医学部第二外科学讲座的千岛隆司博士同属一个课题组。千岛博士回国之前,一直在研究如何将荧光蛋白技术应用于肿瘤研究,他率先将荧光蛋白基因转入肿瘤细胞,在新鲜组织标本中观察肿瘤转移灶。这是荧光蛋白技术的创新性应用,这一新技术的应用使得在新鲜组织和活体动物中观察肿瘤的生长和转移成为可能。杨萌在千岛隆司研究思路的启发下,采用了新的研究和实验方法,在实验过程中杨萌发现,在荧光显微镜下可以观察到荧光蛋白标记的癌细胞在完整的动物体内所发出的荧光。这无疑是应用荧光蛋白无侵袭地监测肿瘤在体内的生长和转移,开发体内基因表达的整体光学成像技术的希望之光!但是如何让其成像,尤其是如何使其整体成像的问题却始终困扰着杨萌和他的同事们。第二届世界荧光蛋白研讨会给这一问题的解决带来了希望。
        1999年5月间,在美国圣迭戈召开的第二届国际荧光蛋白研讨会上,聚集了一大批该领域的先进企业。在会展厅里,杨萌惊奇地发现一家当地的光学仪器小厂商生产的光学装置居然可以把荧光蛋白标记的细菌菌落照射得非常清晰,一个念头闪过杨萌的脑际,荧光蛋白标记的肿瘤模型中的原发瘤和转移病灶在这个装置的照射下会不会发光呢?杨萌立即驱车返回实验室,取出荧光肿瘤模型,将其带入会场展厅,拿到那个装置下面照射。“真是现实版的‘照妖镜’!”在仪器光源的照射下,可以完整清晰地看到小鼠体内癌症细胞转移的部位。
        之后,杨萌与日本的OLYMPUS和美国的INDEC等公司合作开发了能够对荧光蛋白标记的肿瘤细胞在实验动物体内的生长、转移过程进行实时整体观察的光学仪器,并取得了成功。
        与目前广泛使用的荧光酶成像系统相比较,荧光蛋白成像系统具有很多优点:成像时间短、不需要底物和昂贵的设备、操作简易。这一技术平台主要由表达荧光蛋白的肿瘤细胞株、转基因生物(细菌,病毒和动物)以及包括宏观和微观各类荧光成像系统所组成。该技术已经获得包括美国、日本、澳大利亚和欧洲在内的多国专利。
        这项技术让细菌病毒和动物以及动物体内特定的组织器官通过转基因技术表达各种不同类型和颜色的荧光蛋白成为可能,并可以使用相应的荧光系统来观察,还可监测包括动物体内特定的组织器官的基因表达、病源微生物感染、癌细胞增殖转移以及药物或各种治疗方法对上述各种生理和病理现象的调控和影响。实时、无侵袭、整体荧光成像是这项技术的关键和创新点。这一特点使研究人员可以最大限度地避免使用不必要的干涉手段,例如用手术的方法来暴露病灶后观察等。
        此外,荧光蛋白系统的另一重要特点为瞬间视觉成像,使用该技术可以在同一实验动物个体上连续观测整个生理或病理过程。由此可以在很大的程度上减少使用实验动物的数量,节约大量的动物资源以及人力和物力,并且能够大大地提高工作效率。

        搭建体内外药物筛选的新技术平台 做推动生物技术革新的先驱者

        2008年7月,杨萌只身来到北京,筹建起安泰康生物技术(北京)有限公司。2009年11月,安泰康在北京中关村科技园昌平分园正式安家。几套简单的实验设备和几百只实验用的小鼠就是安泰康的全部家底。创业之初,算上杨萌自己,公司也才有5人。然而就是这样一个小小的公司,却有着AntiCancer, Inc.的国际化背景,更有国际上最先进的、在完整的生物体内实时监测基因表达的荧光成像技术。虽然,安泰康作为AntiCancer, Inc.的子公司之一,在资金上不会像很多初创企业一样捉襟见肘,但是如何快速、有效地开拓中国市场成为杨萌博士最关注的问题。
        安泰康公司现阶段的主营项目是“实时、无侵袭、高通量的体内外药物筛选技术平台以及其他相关的受到专利保护的生物技术”。安泰康不仅致力于推广应用荧光蛋白及其成像技术,还将不断地将其优化和完善。除此之外,作为安泰康中国的负责人,杨萌博士将负责管理AntiCancer, Inc.正在中国申请的近20项专利,包括维护、宣传、推广应用和技术转让等业务。这些专利技术包括表达巢蛋白的毛囊干细胞、用于生物样品的高特异性同型半胱氨酸分析法和实时测量细胞反应等,其中,已有10多项发明专利获得国家知识产权局授权。
        开发完全拥有自主知识产权的专利技术和生物医药产品,成为在中国乃至亚洲名列前茅的医药研发和服务实体,将是安泰康今后几年努力的方向。
        在国外多年,杨萌对拥有完全自主知识产权格外重视。以他带回国内的应用荧光蛋白进行在体基因表达的整体光学成像技术为例,这项技术已获得多国专利,并且已经转让给多家世界顶级的制药厂商。杨萌说:“世界领先的技术会让我们在中国生物医药市场上大有作为,安泰康将会助推中国突破生物医药产业的发展瓶颈。”而如此的信心是建立在这项独一无二、前景良好的技术平台之上的。 杨萌预计,仅“实时、无侵袭、高通量的药物体内筛选技术平台”及其相关的生物医药外包服务业务就可以为安泰康产生每年至少1000万美元的营业额。这一项目本身的利润可达每年500万美元,而更重要的是,“它能够为中国生物医药产业带来一场技术革命。”