利用3D打印技術，將切除85%肝臟的大鼠存活時間由2小時延長至12小時；將數(shù)學與生物結合，在基因治療領域大展拳腳；透明化包埋技術的應用，讓神經(jīng)元的走向變得可視化……一向被誤解為“冷板凳”的基礎科學研究正在產(chǎn)生熱效應。近日，記者走訪本市多家新型研發(fā)機構，一批聚焦基礎研究的頂尖科研成果產(chǎn)出。正如一位科研工作者說的，“科研的超越不會突然發(fā)生，而是由點到面”，活躍著的一個個研發(fā)機構，正在聚合著，不斷釋放出更大的能量。

3D打印“肝臟”延長大鼠存活時間

運用3D打印技術，以活細胞為“墨水”原料，打印出具有生物功能的器官，這是北京干細胞與再生醫(yī)學研究院智能制造平臺的一項技術。通過該技術打印出的厘米級“肝臟”，能將切除85%肝臟的大鼠存活時間由2小時延長至12小時。

干細胞研究院研究員顧奇說，科研人員實現(xiàn)了讓僅有10微米大小，卻分秒都在變化的細胞在打印過程中保持穩(wěn)定，并有序組裝成厘米級甚至更大尺度的組織。目前，3D打印出的多級管網(wǎng)、肝臟、肌肉、軟骨等組織器官已在動物模型中得到了有效功能驗證。

該院的細胞資源與制備中心能生產(chǎn)、制備種子細胞和功能細胞。種子細胞有分化為特定功能細胞的能力，可通過組織修復、環(huán)境調(diào)節(jié)等機制對特定疾病起到治療作用。由于制備的細胞將用于臨床研究，用于細胞操作的生物安全柜，每立方米內(nèi)存在的細菌數(shù)必須小于1。

干細胞研究院是中科院與北京市共建、依托中科院干細胞與再生醫(yī)學創(chuàng)新研究院建設的新型研發(fā)機構。“早在2017年，干細胞創(chuàng)新院就已針對帕金森病開展了人胚干細胞分化的多巴胺能神經(jīng)細胞治療，前期實驗效果良好，后續(xù)我們將與天壇醫(yī)院等機構合作開展臨床試驗。圍繞半月板損傷的干細胞治療臨床試驗也正在北大人民醫(yī)院開展。”干細胞研究院執(zhí)行院長、研究員胡寶洋說，近兩年，該院在基因編輯、染色體合成、細胞治療等領域均取得了突出成果，針對戊二酸血癥等遺傳病、罕見病的治療也有良好進展。

基礎數(shù)學將助力基因治療研究

“跨學科合作，最基礎的知識就是數(shù)學。”北京雁棲湖應用數(shù)學研究院研究員龍飛舉例，在微觀世界，微生物間會發(fā)生極其復雜的作用。要弄清其背后的原理，涉及的是博弈論、拓撲學等數(shù)學知識。目前，生物計算已在基因治療等領域開展應用，數(shù)學底層研究的突破，將有力推動相關領域研究的深入。

數(shù)學研究的突破也可以助力社會發(fā)展。本市數(shù)字經(jīng)濟占地區(qū)生產(chǎn)總值比重位列全國第一。北京雁棲湖應用數(shù)學研究院建立起數(shù)字經(jīng)濟實驗室，圍繞數(shù)字治理、數(shù)字金融、數(shù)字供應鏈等問題開展研究，探索交叉學科研究的成果轉化。

此外，統(tǒng)計建模研究，可以找出雜亂無章的數(shù)據(jù)里隱藏的自然規(guī)律；代數(shù)拓撲研究，可以助力大數(shù)據(jù)、人工智能的發(fā)展等。

目前，北京雁棲湖應用數(shù)學研究院已組建了超過一百人的研究團隊，其中外籍研究人員超過四分之一。該院常務副院長劉正偉說，數(shù)學是典型的基礎學科，能與經(jīng)濟學、生物學、工程學、環(huán)境保護等各領域結合。

“看清”每根神經(jīng)元的走向

井淼是90后，是北京腦科學與類腦研究中心的研究員。他將大腦內(nèi)的信號傳遞分子作為“開關”，讓原本不可見的分子在變化時閃閃發(fā)亮，探究大腦信息交流的奧秘。

同樣是“看清”大腦，北京腦中心研究員趙瑚研發(fā)了透明化包埋技術，并結合共聚焦顯微鏡成像，繪制出小鼠體內(nèi)神經(jīng)元的精細走向。通過化學處理，小鼠的皮膚、肌肉、骨頭都變得透明，但細胞和神經(jīng)仍保留在原位置，通過顯微鏡即可一層層拍攝出神經(jīng)元網(wǎng)絡三維圖像。在一幅小鼠爪部神經(jīng)結構的圖像中，每條神經(jīng)元發(fā)出的樹突和其皮膚上的毛發(fā)都清晰可見。趙瑚自豪地說：“這項技術，全世界只有我們能做到。”

“下一步，我們要弄清每條神經(jīng)元究竟投射到了哪兒。”趙瑚將相關技術公開共享，目前國內(nèi)外已有多個合作者開始使用。上海市第九人民醫(yī)院的合作者團隊正利用這項技術，“畫”出聽覺的神經(jīng)投射通路，未來，人工耳蝸將以腦機接口方式植入腦干，為失聰者找回聽力，而聽覺投射圖譜的繪制將為植入的位置與方式提供最關鍵的基礎信息。