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【新京报2020《大国匠心》致敬特刊】程京:我触摸到了生物芯片桂冠上的明珠
发布日期 : 2020-09-18 17:30:42 点击数:
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各方凝聚起的“工匠”精神赋予我们跨越山海的底气。9月17日,新京报推出2020“大国匠心”致敬特刊,其中《匠心·聚力-2020年大国匠心年度人物》特刊A10-11两整版报道了2020年度大国匠心年度人物—中国工程院院士、清华大学医学院讲席教授、清华控股成员企业博奥生物集团总裁程京带领团队在新冠肺炎疫情期间攻坚克难、研发多项抗疫核心技术,以及程京院士在过去几十年为之奋斗不止的“芯路历程”。

本文刊发于《新京报》2020年9月16日“大国匠心”致敬特刊

大国匠心年度人物  程  京

程京  男,中国工程院院士,国际欧亚科学院院士。现任清华大学医学院讲席教授、博士生导师,生物芯片北京国家工程研究中心主任,博奥生物集团有限公司总裁。

程京主要从事DNA芯片、蛋白芯片、细胞芯片和芯片缩微实验室的研究开发和在健康管理、疾病诊断、药物开发中的应用研究,以及依托互联网大数据和人工智能的大健康管理相关研究。曾两次获国家技术发明奖二等奖。

快速、准确的病毒核酸检测是应对新冠病毒的利器。今年以来,程京及其团队研发出全集成新型冠状病毒核酸检测碟式芯片系统,最快仅需30分钟出结果。

在程京看来,生物芯片领域皇冠上的明珠是全集成芯片实验室,目前他所在的博奥生物已在生化、基因和免疫三个领域中的前两个实现了这一目标,免疫领域的全集成芯片实验室也胜利在望。

“搭载新冠病毒检测车的全集成芯片实验室,已进入国家药监局应急通道审批,预计可在9月底投入使用。”

研发新冠病毒核酸检测移动实验室

7月中旬的一个下午,北京昌平生命科学园,一辆黄色的中巴车停在博奥生物集团办公楼门口,车体上写着鲜明的红字:“新冠病毒核酸检测移动实验室”。

前一天晚上,程京与中国医科大学副校长、第一附属医院院长尚红院士就移动实验室相关话题交流了近一个小时,尚红院士肯定其技术先进性和细致入微的人性化的考虑,同时也就移动实验室的改进和申报提出意见和建议。当晚10点,程京和博奥生物集团五个研究院院长共同开会研究如何改进。

“今年春节前开始到现在,我和同事们基本都没有休息,一直在做研究。每天白天进行科研攻关,晚上盯进度、总结经验,常常从晚上7点多或者10点多开始,每个院长轮流做汇报,一直商量研讨到零点后。”程京说。

今年3月2日,习近平总书记在北京考察新冠肺炎防控科研攻关工作。在清华大学医学院,习近平要求组织精干力量、急事急办,加速推进新型检测试剂、抗体药物、疫苗和诊疗方案等攻关。清华大学立即成立5个突击队,协调相关资源全力攻关,程京负责诊断突击队。

新冠检测移动实验室的研发,是为了有效应对新冠肺炎突发事件,如聚集性疫情暴发和陆地口岸通关人员的快速检测。除了清华大学医学院,还有机械工程系、美院工业设计系等其他院系参与此研发项目。

程京介绍,移动实验室由置于生物安全柜内的咽拭子采样机械手、红外辐射温度梯度病毒快速灭活仪,置于负压舱内的全自动新冠病毒核酸快速检测芯片实验室和检测结果5G直报系统构成,可满足多种应用场景下的“样品入-结果出”式高灵敏快速检测。

全自动新冠病毒核酸快速检测芯片实验室,使用的是全集成封闭式核酸快速检测芯片,取样样品进入芯片后立即封闭,之后样品处理、生化反应和结果检测这三组功能全部自动完成。

目前,全集成新型冠状病毒核酸检测碟式芯片系统已经进入国家药监局应急通道审批。

“打仗不能只有步枪,还得有冲锋枪、机关枪。”程京表示,已经报批的这款芯片是低通量的,可检1-2个样品。中通量和高通量的芯片也在同步研究中,即将出成果。其中,中通量芯片一次可检测6-12个样品,高通量芯片可一次性检测96个样品。“如果后续审批顺利,新冠病毒核酸检测移动实验室,中、高通量全集成封闭式核酸快速检测芯片等产品都将在秋季投产,以使用在不同的应用场景。”

在程京眼里,全集成封闭式核酸快速检测芯片的研制成功,是触摸到了生物芯片皇冠上的明珠。

“生物芯片领域的最高梦想是全集成的芯片实验室,”程京说,目前,博奥生物已在生化、基因和免疫三个领域中的前两个实现了这一目标,免疫领域的全集成芯片实验室也胜利在望。

高考时“反叛”  最终回归医疗诊断领域

自1994年进入生物芯片领域至今,程京已经走过了26年。

程京的外祖父是中医,妈妈、姑姑、嫂子从事西医。因此,程京从小一直在医院泡着,耳濡目染,直到16岁考大学。

但填报高考志愿时,程京选择了上海铁道大学(现同济大学)机车电传动专业。究其缘由,程京童年一直随母亲在四川凉山的大山里生活,第一次乘坐火车驶出大山的震撼,帮他做了抉择。

毕业后,程京很快放弃了仿制国外机车画图纸的生活,到重庆西南政法大学司法鉴定中心负责操作刚从国外进口的一台扫描电子显微镜,他由此进入了司法鉴定和刑侦领域,1989年考入英国史查克莱大学,并于1992年获得司法生物学博士学位。在攻博和之后细胞及分子生物学博士后的研究中,他发明了两项核酸萃取技术。

1994年,程京看到美国宾夕法尼亚大学医学院的一则招聘广告,要求应聘人员“本科学工程,研究生学生物学,分子生物学更好,并愿意从事生物芯片研究”,他以“perfect match”(绝配)的条件应聘成功,师从生物芯片开拓者之一的彼得·威尔丁(Peter Wilding)教授,迈入生物芯片领域。

1998年,程京及其团队研究完成了世界上第一个厘米见方的超小型生物实验室并作为封面故事在《自然·生物技术》杂志发表。该成果被美国《科学》杂志评选的当年世界十大科技突破所引用。1999年,程京接受清华大学邀请,作为学校第一位“百名人才引进计划”入选者,受聘担任清华大学生命科学与工程研究院教授、博士生导师。

2000年,程京在中南海作主题为《生物芯片——下个世纪革命性的技术》的报告,建议国家加大生物芯片研发方面的投资力度,积极参与国际竞争。同年9月30日,程京牵头建立了以企业化方式运作的国家工程研究中心——北京博奥生物芯片有限公司(博奥生物集团有限公司前身)。迄今,博奥生物已在全球获得专利授权超400项,专利转化率近50%。

2011年,程京被美国《财富》杂志15周年特刊评选为“未来15年可能影响中国商业进程的5位人士”之一——他是卫生健康领域唯一入选者。

在研究全自动新冠病毒核酸快速检测芯片实验室前,程京及团队曾研制出全球首款遗传性耳聋基因检测芯片。

据临床数据统计,我国人口中有2.5‰的人携带药物性耳聋基因线粒体突变。这类突变携带者是药物敏感个体,对庆大霉素、链霉素、卡那霉素等氨基糖甙类抗生素异常敏感,可能因使用该类药物导致耳聋,“一针”即可致聋。

但是,该线粒体突变携带者出生时听力正常,能通过新生儿听力筛查,非常“隐蔽”。

针对这一群体,博奥生物经过刻苦攻关,于2009年研制出世界上第一款遗传性耳聋基因检测芯片。只需一滴新生儿足跟血,就能测出是否携带遗传性耳聋基因,并覆盖了能够检测先天性耳聋、药物性耳聋、迟发性耳聋相关的耳聋基因位点。

过去10年里,该芯片累计在北京、新疆等地筛查430余万新生儿,使10万多新生儿及其母系家庭成员免于药物致残,也使中国成为国际上规模最大的遗传性耳聋基因筛查国。该技术荣获“2018年度国家技术发明奖二等奖”。

从高考时“反叛”,到最终回归医疗诊断领域,程京说,他最大的快乐,就是解除人们关于健康的困扰。

回首过去40余年来的专业选择、工作选择,程京说,“第一要有基础,不能什么都没学过就去干,我学的东西比较杂,国内主要学机电工程,到了国外开始学化学和生物,所以选择发展方向上来讲,主要还是想如何能找到一个方向,把自己所学的都能用上。机缘巧合,当时生物芯片这个领域刚刚出现,我就加入了。现在证明,我的选择是对的”。

呼吁完善医疗预警机制和“治未病”体系

针对此次新冠疫情以及此前出现的鼠疫、猪链球菌感染等疫情,程京建议国家开发重大疫情分析仪器直报系统,他称之为“重大疫情智慧监控天网”,即利用布设在医疗机构的一系列生物传感器,将5G通信、大数据和人工智能技术相结合,检测数据直接推送,避免人为介入,直接由国家对第一手的疫情信息进行决策。

“科学研究要做到未雨绸缪,为危险的到来做提前准备。”程京说,目前博奥生物已针对北京、西安、成都三个城市,研发了可工作、可示范的小型局域网,如果局域网试点效果好,在全国其他地方也都可以建立,然后连点成片,整个中国全域覆盖。

今年7月,国家科技部相关项目申请指南发布,程京表示,“希望在疫情还没来的时候能提前装备好,而不是紧急情况下‘头疼医头、脚疼医脚’。这样,疫情再来也不怕了”。

程京关注的另一个长远问题是“治未病”,他特别赞同“健康中国”的发展战略,并且认为应该弘扬中国传统医学“治未病”理念,继承和发扬中国传统医学,并结合现代分子生物学理论、互联网及大数据,建立以个人为中心的监督管理系统,形成有针对性的“全人全程”的健康管理方案。

如何从基于西方科学概念的生物芯片发展到中医“治未病”?程京介绍,最初,博奥生物通过生物芯片提供肿瘤等疾病的诊断、预警,很多人检测后会问接下来怎么办,为满足这样的需求,最近的10多年,博奥进一步将业务延展到中药调理、慢病预防等环节。

在重庆,博奥生物做了一个10万余人的社区糖尿病筛查,得出的卫生经济学指标是1:25.67。程京解释,“就是说,主动做糖尿病筛查只用花1元钱,但等患上糖尿病再去救治,就需要花25.67元钱”。糖尿病基本上是终身药物依赖,严重时会引发各种各样的并发症。程京认为,我国全面脱贫以后,富贵病的数量如果得不到很好控制,三高就可能会成为一个大问题。

除此之外,程京还带领团队研发了眼象健康成像仪、艾欣床等,搭建了以分子检测和中医相结合的大健康技术平台,努力做到未病先防。

匠人心语

Q:您觉得在自己的成就中,最值得珍惜的是什么?

程京院士:2018年获得的国家技术发明奖二等奖,是表彰遗传性耳聋基因筛查这个项目的。过去10多年,通过筛查430余万新生儿,10万多新生儿及其母系家庭成员免于药物致残,中国也成为国际上规模最大的遗传性耳聋基因筛查国。

Q:什么时候是您认为最艰难的时候?能够坚持下去的原因是什么?

程京院士:20年创业,困难的时候太多了。新冠疫情以来,我经常需要向有关领导、有关部门打报告,以前这也是常态,这都是因为碰到了难题。有时候,我们对一些问题没有真正做到未雨绸缪。事情一过,就刀枪入库马放南山。等到大灾大难事到临头才仓促应战,你想能打什么好仗?我真的希望我们国家在自主创新方面,不光要重视技术创新,更要在政策体制机制上创新,审批认证方面要加强服务,减少对科研的束缚,更多释放科学家的创新力。当然,不管遇到什么困难,只要想着最终的结果是朝着有利于民众健康的方向发展,就总是能坚持下去。

Q:您希望未来取得怎样的成就,对于未来有怎样的期待?距离这个目标还有多远?

程京院士:50岁以前,我一直从事的是疾病诊断工作。50岁以后,我希望可以把更多精力放到疾病治疗和康复上。这样的话从诊断到治疗再到康复就可以实现贯通。

Q:在生活和工作中,哪些东西是您一直坚守的?

程京院士:生活方面,我觉得奢侈不一定好,舒适是最好的。有些时候工作压力很大、觉得心情很烦,我特别希望有一个地方能安安静静地待着,比如一个农家院,能够完全放空自己。工作中,我希望有张有弛。

我奉行一个原则:君子爱财取之有道,尤其在我们医疗行业,对法律法规要是不管不顾,既害了别人也害了自己。在工业界、学术界要有信誉,不能胡来。

Q:您还希望拥有哪种才华?

程京院士:60岁之后,我准备再读一个学位,艺术品鉴定修复。因为老了以后,我可能干不动纯科研的东西,所以我就多做艺术性的东西,让艺术、工程、科学能够在我身上交叉融合。

我从16岁上大学开始集邮。全家人的邮票都被我汇总了,还从外面买邮票。直到现在,我还在不断地收藏邮票。我的邮票收藏以中国的为主,从大清邮政之前的商埠邮票到大清帝国邮票、中华民国邮票、满洲帝国邮票、军阀割据时期的邮票、解放区邮票、新中国成立后的邮票等。邮票有很多假的,比如大清邮政开办之前的大龙票小龙票。我出国读博士之前,在西南政法大学司法鉴定中心工作过,文书鉴定就包括邮票、钱币的鉴定。

来源丨《新京报》2020年9月17日A特10-11版,图片有增加

记者丨沙雪良 

摄影丨郑新洽