赛业生物高级科学家张荣利专访：用“工匠精神”打造手术疾病动物模型

　　

张荣利博士

1、在生命科学、生物医药等领域疾病动物模型已被应用越来越广泛，疾病动物模型的制备方式多种，请张老师介绍一下您所专注的手术疾病动物模型？

在生物医学研究中，常常会用到各种模式动物以及以模式动物为基础制作的疾病动物模型。疾病动物模型是利用动物来复制人类相关的疾病，例如通过手术、药物或者特定物理的、化学的和生物的致病因素诱导干预，使动物获得某种特定的疾病状态以模拟人类疾病。

二十多年来，我专注做的是手术疾病模型，所以今天我重点谈一下我理解的手术疾病模型。简而言之，手术疾病动物模型就是采用手术的方式在动物身上复制人类相关疾病，使动物获得某种特定的疾病状态以模拟人类疾病。手术疾病模型广泛用于生理病理机制的研究和新药发现或疗效评价。

2、手术疾病模型领域目前现状如何？手术疾病模型与其它方法的疾病动物模型有什么不同（制备方法、技术难度、应用优势等区别）？手术疾病模型的主要应用领域？

目前基因工程动物的制备已经实现了标准化、规范化、产业化发展，在国内外都实现了标准化的商业服务，从根本上已经取代了原有的实验室工作模式。与此形成了鲜明对比的是，手术疾病动物模型目前还是以实验室为主体进行，还是“自给自足”的传统模式。与自发性疾病动物模型和环境诱导、物理因素、药物诱导的疾病动物模型相比，手术模型操作复杂、技术门槛高，因此相应也存在一些问题，如缺乏标准化流程、稳定性差，实验室之间数据可比性较差。既便是同一个实验室，重复性也是一个很大的挑战。所以实现手术疾病模型的标准化、规范化和重复性仍然是该领域长期的目标。

而现实情况是很多疾病的研究都需要通过手术模型来进行生理病理机制的研究，或者应用手术疾病模型进行新药发现或疗效评价。例如，为了研究某个基因的功能，我们需要做相应基因的敲除或转基因模型。除少数与发育、干细胞等相关的基因外，大多数基因工程动物在正常的饲养、繁育过程中可能看不到表型。这时，通常要对基因工程动物叠加疾病模型来诱发表型，来发现某个基因的特定功能。此外，在新药研究领域，手术疾病动物模型是必需的。在临床前研究的过程中，要评价某个先导化合物是否对某种疾病发挥治疗作用，必须采用小动物、大动物乃至非人灵长类动物来复制与人类疾病相似动物疾病模型。这一步的工作往往会关乎临床前药物研究的成败。手术疾病模型还常用于疾病发生、发展的机制研究，已经渗透到生物医学研究的方方面面。

众多的研究需要用到手术疾病模型，这就对手术疾病模型提出了商业化服务的需求。顺应于日趋增长的市场需求，赛业生物经过了长达二年的准备，正式推出动物手术造模服务以及相关的生理病理分析服务。

商业化的手术疾病模型服务有助于将实验室从“自给自足”模式中解放出来，专注于解决科学问题，专注于对生理病理机制的研究，专注于应用手术疾病模型进行新药发现或疗效评价。商业化服务模式有助于通过规模化的发展，建立专业、专注的服务队伍，建立标准化手术疾病模型流程，最终提高手术模型的稳定性、重复性，解决行业性问题。

要保证动物模型重复性、重现性、稳定性，是一个极富挑战性的工作。要解决行业性普遍存在的动物实验数据重复性问题，需要付出坚持不懈的巨大努力和长期积累。我们希望通过推进手术疾病模型服务的社会化，能够减轻一线科研人员的负担，从这一科研创新性不强而又耗费时、费力的工作中解放出来，能够通过可靠的社会化服务来提高疾病动物模型的质量，最终提高科研的速度和质量。

3、手术疾病模型的构建并不是如想象中的那么简单，存在哪些技术难点？您认为急需改进之处有哪些？
首先我想强调的一点是：手术疾病模型在生物医药领域非常重要，但制备出精准的且可重复的动物模型更重要。疾病模型利用不当或者不能正确地复制疾病模型，会使研究得出错误的结论或者误导新药研发。

在生物医药领域，据报道，公开发表的科研论文有70~90％的不能很好地重复（Nat. Rev. Drug Discov, 2011,10:712; Nature, 2012, 483:531-533; Science, 2017, doi:10.1126； https://www.jove.com/anniversary/reflections），这是从全世界范围来讲的，不单单指某一个国家、研究机构或者个人。

众多研究人员花费成年累月的时间去重复一个发现，或重建一种方法，研究的重复性成为一个巨大的挑战。尤其是在新药研究领域，临床前研究的数据重复性差或存在严重的问题（如候选药物的毒性在动物实验阶段未被及时验证或发现），常导致二期、三期临床研究的失败，造成巨大的经济损失（在欧美，一个新药在临床研究阶段失败常导致数亿美元的损失）。

动物实验数据的重复性差，这到底是技术性问题还是学术诚信问题？当然，我们更愿意相信这只是一个技术性问题。

从技术角度来讲，原因也很复杂。临床医生都知道小儿外科手术属于难度非常大的一类手术（小儿体重在千克数量级）。可以想象，在体重仅仅只有22~30克的成年小鼠上做手术（幼鼠则不足10克），手术难度会大多少倍？然而，很多研究者却一直有一个奇怪的错觉，认为只要读一下文献就可以顺利地复制出这些模型，严重低估了其难度，让没有足够经验的新手或未经严格训练的技术人员去做，从而导致手术疾病模型复制时产生了严重的偏差，而自己不在一线工作又不能察觉。最终制备的手术模型不能表征目标疾病，而且所复制的手术模型在不同动物个体之间操作方法上存在很大差异，由此所产生的数据不足以用来回答任何科学问题。甚至同一个技术人员在不同时间做出来的结果也不一样（虽然不是诚信问题），这就导致同一个实验室都未必能重复自己的数据。如果基于这些不严谨的疾病动物模型数据发表了文章，别人不能重复其结论自然也就不奇怪了。

4、您所在单位近年一直致力于开展手术疾病模型这项富有挑战性而又高难度的服务，您认为赛业生物具备了哪些技术优势？

赛业生物经历了十余年的发展，已服务于全球数万名科学家，有着雄厚的技术积累、客户服务经验积累、管理经验积累等等。顺应于市场需求，赛业生物利用多年来坚实的经验积累和高效的团队组建及管理经验，历经两年时间筹备，打造了一支技术过硬的小鼠手术模型服务团队。

针对小鼠复杂的显微手术操作特点，我设计了独特的演示设备与教学方法，完全不同于大学里的课堂教学，可以在每一个操作细节上让技术人员都领悟到，并真正掌握其要点，实现操作的标准化。我要求每个团队成员必须完成足够的手术模型的训练，必须保证每个模型多个批次之间数据的稳定性。让每一个技术人员认识到“会做”、“能做”还远远不够，“稳定、可重复”才是我们的金标准，才可以为客户提供服务。

目前团队的技术骨干已可熟练制备多种常见的大小鼠手术模型，例如心脏缺血再灌注损伤模型、急性心肌梗死诱导的慢性心衰模型、主动脉弓缩窄模型（TAC）、急性肾损伤（AKI）引起的肾衰模型、胆管结扎模型、肿瘤原位移植模型等等，也可以进行任何目标部位的细胞移植，骨髓移植，同时还可以完成复杂的左心、右心血流动力学检测分析、小动物的心脏超声检测，小鼠体内无线传感器（心电、血压、体温等）的植入。我们具备建立复杂及复合手术疾病模型的能力，对于客户复杂的项目需求，或文献未见、少见的疾病模型，我们会与客户紧密协作，认真理解和把握需求，制定科学合理的手术模型造模方案。相信我们提供的一定是更专业、更专注、更科学的服务；“己所不欲，勿施于人”：我们也有信心能够提供最好的服务。

5、手术疾病模型的应用前景与主要应用领域？（与其它疾病模型相比较而言，手术模型的应用市场等）

大家都熟知的是在心血管疾病模型方面，涉及开胸手术操作，手术就显得至关重要，而且对于心血管领域小动物手术来说难度也非常大，如小鼠心肌梗塞、缺血再灌注损伤、主动脉弓缩窄等模型，以及与之相关的左心、右心系统的血流动力学检测，都必须依赖手术方法才能实现。其他如脑血管疾病中的大脑中动脉栓塞或者出血诱导的中风模型，泌尿系统的肾脏缺血再灌注引起的急性肾衰模型，消化系统胆管结扎诱发的黄疸及肝纤维化模型模型等，这些模型在研究疾病发生、发展的机制，新药筛选、疗效评价领域都有广泛的应用。

在肿瘤疾病模型应用领域，手术似乎用得不多，传统的移植方法为肿瘤细胞皮下移植，方法简单易行，易于观察肿瘤的生长，但是和临床患者相似性差。与皮下移植模型相比，更好的方法是原位癌模型，可以完全模拟肿瘤的发病部位，将肿瘤细胞或者来源于肿瘤患者的组织进行原位移植，如肝、肺、肾、消化道、胰腺等原位癌疾病模型，这就需要部分或全部依赖手术方法来建立。应用手术方法建立的各种原位癌模型，会有越来越广泛的应用，更适合于研究肿瘤的发病机制及抗肿瘤药物筛选。

6、在手术疾病模型的建立方面，您对生命科学领域的科研人员以及医学、生物学领域的研究生们有什么建议？

对于国内外的规模较大实验室而言，人力、财力充足，并且有雄厚技术积累和沉淀，具备建立和贮备多项复杂技术的能力。而对于中、小实验室，尤其是刚刚起步的实验室而言，科研负责人（PI）或者一线科研人员，从人力、财力和时间上都不太可能在短时间内建立复杂的疾病模型，比如心血管系统涉及开胸手术的模型等等，应该积极地寻求同行的合作。如果真想尝试自己去创建复杂疾病模型，在正式应用于研究之前，应进行严格的自我及同行评估。

研究生最终都会成长为行业的中流砥柱。学生阶段的培养尤为重要，应该聚焦于自己的科研训练与科研创新，聚焦于新理论、新概念、新方法的建立，或者致力于推进技术创新与应用转化。学习一些通用技术，在研究生阶段固然很重要，技术、技能毕竟是一切的基础。但是必须处理好“博”与“专”的关系。在一些“精与专”的技术上，比如需耗费时日、通过长期实践积累才能掌握的复杂疾病模型，不要轻信可以在短时间内掌握，自己可以尝试通过学习得其要领，未必追求精通，应该寻求与有深厚技术沉淀的技术人员合作完成；对于课题中用到的简单易行的疾病模型，还是身体力行地亲身实践，自己去完成，最终把自己的时间和精力都汇聚到最具科学创新性的工作上。

7、最后，您在一个看上去很冷门的行业里坚持做了这么久，您怎么看待自己的工作？

中国从来就不缺有理想的科学家，不缺想做大事的人，不缺有远大报负的人，但是从操作层面上讲，无论是工业界，还是技术界，大家都有一个普遍的共识，就是最缺乏千千万万的有工匠精神的“普通人”；缺乏能够把一件小事持续地坚持做十年、二十年，甚至更久的人；把一门看似平凡、平淡的技术做到极致的人。我得益于父母给了我一双灵巧的双手，我一直是把自己当成一个“小手艺人”，追求把“手头”工夫做精、做细；我希望能和更多志同道合的同道、朋友们一起，借助赛业良好的生命科学科研服务平台，在一个鲜有人知的小行业里把小事做好，为国内外科学家做好服务，让大家在应用手术疾病模型做新药研发或者科研时无后顾之忧。

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张荣利 简介：
拥有二十多年的疾病动物模型制备经验，先后任职于中国中医科学院、清华大学、北京大学，2011年起在美国Case Western Reserve University工作，负责基因工程动物的疾病表型发现与新药筛选研究。曾为医药企业研发产品并上市，为国际著名制药企业做过多个药物的临床前研究。参与完成了DARPA (美国国防前沿研究项目局)、NIH (美国国立卫生研院) 及 AHA (美国心脏病学会) 的多个基金项目。2011至2019年初，与美、欧及中国数十家实验室合作，完成论文 35 篇，发表于 Proceedings of the National Academy of Sciences （《美国科学院院刊》），Journal of Clinical Investigation（《临床研究杂志》），Circulation（《循环》），Nature（《自然》），Nature Communications（《自然•通讯》），Nature Metabolism（《自然•代谢》），Cell （《细胞》），Molecular Cell （《分子细胞》），Science Translational Medicine（《科学•转化医学》）等科技期刊。其中分别于2015、2016年在Proceedings of the National Academy of Sciences, Journal of Clinical Investigation 发表两篇第一作者论文，以确凿的证据确立了血红蛋白所携带的NO（一氧化氮）是血流与血氧调控所必需的信号分子；应用急性肾衰手术模型，发现了可以作为潜在药物治疗的新靶点（Nature, 2019, 96-100）。