跨界自學，將編程計算技術融入傳統(tǒng)生物學研究;從頭做起，組建多學科團隊……在中科院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院研究員彭廣敦看來，做科研最快樂的地方，就是取得一點進步，就很有獲得感。不斷學習、不斷嘗試、不斷突破，他一直致力于揭示干細胞發(fā)育的規(guī)律，期待為醫(yī)學發(fā)展打開一扇新的窗口。

在中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院的實驗室里，80后研究員彭廣敦穿著一件白大褂，全神貫注地操作著顯微儀器。

顯微儀器下，藍色試劑浸染過的標本，薄薄一片。在彭廣敦的解說中，每一個細胞都充滿生命的活力，“細胞成長的過程就好比一場音樂會，不同的樂器發(fā)出不同的聲音，從而形成一首美妙的協(xié)奏曲。研究這個過程，能揭示細胞發(fā)育的規(guī)律?！?/span>

理解具有特定功能細胞的變化能力與規(guī)律

2009年，彭廣敦從中科院原上海生物化學與細胞生物學研究所博士畢業(yè)，幾年后進入中科院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院，承擔國家重點研發(fā)計劃“干細胞及轉(zhuǎn)化研究”重點專項、中科院“器官重建與制造”戰(zhàn)略性先導科技專項等項目。2017年，廣州再生醫(yī)學與健康廣東省實驗室成立，彭廣敦加入實驗室細胞譜系中心，從事干細胞發(fā)育譜系方面的研究。

干細胞可以在實驗室里培養(yǎng)，不斷增殖，分化為人體中需要的各種功能性細胞。應用這些分化出來的功能細胞，就有可能實現(xiàn)再生醫(yī)學的治療方式。近年來，干細胞與再生醫(yī)學研究越來越引人關注。但如何認識并獲得合適的干細胞，是目前相關領域的研究瓶頸。

彭廣敦一直想找到胚胎發(fā)育中時間和空間的編碼規(guī)律。“胚胎發(fā)育就像是建造一座建筑，早期時段會繪制一張藍圖，以后各細胞成長的走向都依照藍圖來進行?！彼f。

“但用一張圖來解釋胚胎的發(fā)展過程還遠遠不夠，需要很多張圖，記錄不同時期的胚胎發(fā)展，形成一部‘動畫’?！迸韽V敦的研究，就是描繪胚胎發(fā)展的時間和空間變化圖，從而清晰地追蹤這些細胞從哪里來，經(jīng)歷了怎樣的過程，又去向哪里。

他介紹，通過獲得這些具有特定功能的細胞，理解細胞變化的能力和規(guī)律，從而將其進行移植或者再造應用，可以為未來的醫(yī)學發(fā)展打開一扇新的窗口。

進行跨學科研究，新技術帶來新思路

彭廣敦博士畢業(yè)后，本打算去企業(yè)工作。偶然間，他得到了一個計算生物學研究領域的工作機會。然而，對于沒有編程基礎的彭廣敦來說，這意味著必須邊工作邊自學。新領域帶來的壓力，反而成了極大的動力，讓他看到了從事科研新的可能，也更加堅定了他要繼續(xù)走科研之路的決心。

這段跨界經(jīng)歷，為彭廣敦做研究提供了新思路。他發(fā)現(xiàn)，將編程計算技術融入傳統(tǒng)生物學研究中，通過測序并結合計算機對數(shù)據(jù)信息進行挖掘，可以實現(xiàn)多角度、連續(xù)動態(tài)無偏差地觀察細胞的變化路徑。

彭廣敦和他的團隊發(fā)現(xiàn)，此前單細胞分析方法會丟失細胞在體內(nèi)原有的位置信息，“鋪陳藍圖這個時期的胚胎直徑只有300微米，比一根頭發(fā)絲還細，要結合新的更精密的技術方法組合分析?！?/span>

在經(jīng)歷反復搭建、嘗試新的技術體系之后，2019年，彭廣敦課題組聯(lián)合其他課題組共同繪制了細胞成長軌跡三維立體圖，發(fā)表在國際學術期刊上。

這項研究首次構建了小鼠早期胚胎著床后發(fā)育時期高分辨率時空轉(zhuǎn)錄組圖譜，獲得了超2萬個基因從時間和空間上的表達模式;首次從分子層面揭示了內(nèi)胚層譜系的新來源，為理解胚層譜系建立及多能干細胞的命運調(diào)控機制，提供了翔實的數(shù)據(jù)，也為基于干細胞的再生醫(yī)學研究提供了全新思路。

“做科研最快樂的地方，是取得一點進步，就很有獲得感?！迸韽V敦說。目前，這項技術已成功應用于小鼠大腦發(fā)育、肝臟腫瘤學等研究中，能夠還原生理、病理狀態(tài)下組織和器官層面重要的分子動態(tài)特征。

科研是長期的事業(yè)，張弛有度才能持久

彭廣敦的科研之路并非一帆風順，“每往前走一步，往往會有更多問題。”彭廣敦說。

回憶起剛開始帶團隊做科研的經(jīng)歷，彭廣敦坦言遇到過不少坎，“團隊一開始沒有知名度，招學生都難，只能四處推銷自己?！眻F隊早期招來的學生，學科背景跨度比較大，數(shù)學、工程、人工智能、生物等專業(yè)都有。每次開組會，彭廣敦會花更多時間去講解實驗的意義和進展，讓大家更充分地投入研究，激發(fā)持續(xù)探索的動力。

科研創(chuàng)新需要跨學科的人才。漸漸地，彭廣敦發(fā)現(xiàn)多學科的團隊常常帶來意外收獲。成員間的互相討論，經(jīng)常碰撞出思維的火花，“大家相互啟發(fā)、打氣，感覺自己并不孤單，充滿干勁。”在他看來，向他人學習有助于保持清醒，不斷突破已有的認知框架，追尋新的發(fā)現(xiàn)。

細胞成長軌跡三維立體圖的研究成果發(fā)表后，彭廣敦的壓力更大了。他發(fā)現(xiàn)，近兩年，國際上相關領域的研究逐漸增多，有的團隊在人員、設備、技術上都很有優(yōu)勢。“近些年，國內(nèi)基礎研究的創(chuàng)新氛圍愈發(fā)濃厚，鼓勵嘗試、允許試錯?！迸韽V敦說：“但時間、資源有限，如果長期摸索不到正確的方向，就面臨著錯過機會的風險。”

如何排解科研的緊迫感帶來的壓力?出生于文藝家庭的彭廣敦在工作之余，常從音樂、書籍中得到心靈的放松。交響樂、科幻小說中的詞語，也常常變成他在研究中形象生動的比喻，啟發(fā)他從新角度看待科研。

“科研是長期的事業(yè)，張弛有度才能持久。保持好的心態(tài)，才能更好地做科研?！?/span>未來，彭廣敦與團隊希望在干細胞時空譜系研究上繼續(xù)取得突破。