前不久,美国总统特朗普先生提出了一个“疯狂”的点子:为什么我们不用核弹对付飓风呢?
其实,早在上个世纪六十年代就有科学家提出过类似的想法,年,学者们认真计算了一番:要想中和飓风,得每秒钟释放六颗“小男孩”级别的核弹。
这当然是行不通的,不过,这也从侧面说明,科学家的脑子里有的是疯狂构想——比如,下面这些。
旧物利用——用棉花糖机制造毛细血管
疯狂指数★★★
棉花糖您肯定见过,多半还吃过。可您想过没有,每一根糖丝的直径是多少?
答案是35微米,比头发还细。由此,科学家想到了棉花糖机的另一个作用。
不管是研究疾病,还是治疗疾病,都离不开器官,而器官捐献者每年就那么多,远不能满足需求。所以,科学家们一直希望在实验室里培育出器官来。
培育器官的方法跟种豆角差不多,搭个架子,让新生的细胞们沿着它爬。最常用的架子是水凝胶。水凝胶的优点很多,易于获取、易于定制等,但有一个致命缺陷:它的渗透性很差,这意味着一旦细胞的层数变多,内层的细胞便很难得到充足的养料、进而死亡。
水凝胶(图片来源:phys.org)
怎么才能让内层细胞得到充足的养料呢?
可以向人体学习,通过毛细血管为内层细胞供能。首先,用棉花糖机生成极细的骨架,接着,把它们埋入水凝胶中,最后,用特殊溶液将骨架溶解。这样,水凝胶中就留下了细小的孔道,这些孔道可以起到毛细血管的作用,为内层细胞提供养料。
目前,这一方案还在研究过程中,如果真能实现,我们也许就能跟摘豆角一样从实验室里“收获”器官了。
以毒攻毒——用肉毒杆菌治疗子宫内膜异位
疯狂指数★★★☆
子宫内膜位于子宫的内壁,是孕育生命必不可少的结构。然而,有些人的子宫内膜长错了地方,跑到卵巢、输卵管甚至是肠道里。
为什么?不清楚。有没有办法治愈?没有。
我们唯一知道的是,子宫内膜跑到哪里,就会在哪里引起问题,组织增生、形成囊肿——当然,还有疼痛。对于卵巢正常组织来说,子宫内膜属于异物。遇到异物神经会兴奋,带动肌肉收缩,进而导致严重的、持续的疼痛。
那应该怎么办呢?
就在前不久,有学者提出了一个大胆的想法:用肉毒杆菌毒素!
肉毒杆菌模型(图片来源:CDC)
肉毒杆菌毒素由肉毒杆菌分泌,美容院里的“去皱针”,主要成分也是它。研究显示,肉毒杆菌毒素可以阻断神经递质的传递,让肌肉脱离神经的控制。这就是为什么,它可以抹平皱纹,这也是为什么,它或许可以治疗子宫内膜异位。
只要解决用量和副作用问题,子宫内膜异位症很快会成为历史。
AI狂潮——用人工智能定制酶类
疯狂指数★★★★
酶广泛参与各种生化反应,又非常高效,因此,一直有学者希望把酶类用于工业生产,比如生产药物。问题是,生物环境与工业环境不同,最好根据需要定向改造酶类,增加它们的活性、减少它们的“娇气”。
那怎么定制呢?
打个比方说,你打算做酸辣土豆丝,却不知道哪一种醋最好。你可以同时炒很多盘,每一盘放一种醋,看看味道如何。传统上的酶类定制,正是运用了这种方法。酶类说穿了也是一种蛋白质,由基因编码。我们可以诱导基因突变,生成形形色色的蛋白质,接着,筛选出自己想要的类型。
当然,我们也可以聪明一些——直接找大厨问。现在的科学家们正准备把计算机变成大厨——过去数十年中,靠着冷冻电镜、核磁共振,学界积累了不少蛋白质相关的知识,虽然还不能准确判断某种构型与功能的关系,但是,靠着计算机的分析,可以获得一个大致方向。
不要小看大致,传统上定制一个酶类需要数年时间,有了计算机帮助,只需要数周。这意味着制药厂可以更快、更廉价地生产药物,造福亿万人。
计算机定制酶类(图片来源:nature)
大脑胶水——用血管生成材料修复大脑
疯狂指数★★☆
我们都会衰老,衰老不仅意味着皱纹、老年斑这些外在改变,而且意味着内在的改变——血管变薄、血脂增加。久而久之,就有可能遇到一种可怕的疾病:中风。
缺血性脑卒中(左)与出血性脑卒中(右)(图片来源:mountelizabeth)
严重的中风患者可能出现很多后遗症——嘴歪眼斜、大小便失禁乃至瘫痪。
我们的一切情感、一切活动都离不开大脑。中风患者坏死的脑组织,会被人体逐渐吸收,形成一个空腔,这部分组织所履行的功能,却没有其他神经出手替代。
于是,有学者想到了一个点子:家具有了裂纹,可以用胶水粘起来;纸张破了,可以用胶水粘起来;那么,大脑的空腔,是不是也可以粘起来呢?
当然,他们用的不是普通胶水,而是血管内皮生长因子。
中风(图片来源:webmed)
血管内皮生长因子是一种可以促进血管再生的物质。研究人员把它们排布到水凝胶上,接着,注入到实验动物的脑内。结果显示,脑内的细胞们沿着水凝胶形成了新的血管和神经。
这项研究也许能让我们找到对付中风后遗症的方法,不过,最重要的是,它表明我们可能低估了脑神经的再生能力。如果科学家们掌握了培育脑神经的能力,中风乃至形形色色的颅脑损伤就不再是个事儿了。
饿死癌症——抗血管生成药物治疗癌症
疯狂指数★★★★★
年,犹大·福克斯曼接受美国军方委托,寻找血液的替代品。
福克斯曼找来一些材料,准备测试它们的效果,于是,他把兔子的甲状腺沐浴其中,看看它们能不能存活。
出于好奇,他又把一些癌细胞注射到了培养皿里。癌细胞很快增殖,变成了肿瘤,这在意料之内,但意料之外的是,培养皿内的肿瘤大到一定程度就不再变化。
难道,这些癌细胞忽然“改过自新”了?
福克斯曼从肿瘤上刮下一些细胞,注入到动物体内。结果表明,它们还是我们熟悉的、疯狂增殖的癌细胞。
由此,福克斯曼大胆猜测:动物体内存在某种物质,依靠这种物质,肿瘤可以在内部形成血管;反过来说,如果没有形成新血管的能力,那么,肿瘤大到一定程度,便失去能量供应、停止增长。
血管与癌症(图片来源:aacr)
这个理论被当时的学界视为“离经叛道”,让福克斯曼吃尽了苦头,被同行嘲笑,甚至没办法申请科研基金。
然而,事实胜于雄辩。十年后,福克斯曼找到了自己说的物质——血管内皮生长因子。又过了十年,其他学者实现了对血管内皮生长因子的纯化,年,第一种血管生成抑制剂贝伐单抗被FDA批准用于治疗结肠癌。
目前,血管是癌症研究领域最热门的方向之一,也许,我们能在有生之年彻底控制癌症。
参考文献
[1]TheNobelPrizeinChemistry[EB/OL].NobelPrize.org,[-09-08].