于常海20年鑄劍「生物雷達」——香港科學家顛覆全球基因診療生態
一場生物科技領域的革命悄然興起,有望顛覆肺炎等傳染病乃至整个分子診斷的診療生態,而引領這場變革的,是土生土長又聞名中外的香港神經生物學家、分子生物學家于常海教授,傾注20年心血打造的個性化精準醫療「生物雷達平台」(BioRadar®)——結合他獨創的EFAD基因芯片以及多項先進科技於一身,連世界頂級學術期刊《科學》和許多中外醫學專家都引頸以盼多年,形容他將會把香港帶到世界生物科技的舞台。而其首發的肺炎檢測儀器「生物雷達」,已經攻克傳統技術痛點和經過臨床樣品驗證——不僅擁有檢測高達441種基因靶標的能力,而且只需兩個小時就能提供上百種肺炎相關靶標的精準定量結果,又具備高靈敏性和特異性,可以最大程度上消除假陽性假陰性,再加上流程相當簡便的全自動化操作,足以平衡城鄉醫療條件鴻溝——既可實現數據驅動診療,為患者對症下藥,更可通過人工智能整合多源數據形成預警系統,基於時空大數據與傳播動力學,預測區域傳染病爆發風險、保護人類生命健康。
不用窮人生命報告疫情
「世界上沒有人會相信,這樣的成就,是在香港做出來的。」早在2011年,身兼香港海康生命科技有限公司董事長和北京大學神經科學研究所副所長的于常海,接受《科學》專訪時如是說。他所指的「成就」,是領先世界研發出了結合目標核酸鏈並覆以納米顆粒進行識別的生物基因芯片技術——電場輔助診斷(EFADchip®)芯片,成功利用多學科交叉破解了生物芯片高科技和成本效益難以「雙贏」的難題,獲《科學》形容為「將是香港成為生命科技中心的里程碑」。不過,那只是于常海宏願的起點,他最想做的是研發一套能夠防控傳染病的基因檢測系統,因為他堅信科學家有責任造福人類,「不能等著用窮人的生命來報告疫情!」
這個念頭最早萌發於1997年的H5N1禽流感疫情。土生土長的于常海自小立志懸壺濟世,中學時離港到加拿大讀書,以全優成績取得生物化學學士、解剖學碩士及藥理學博士,從中激發了對於腦神經研究的興趣,及後又前往美國加利福尼亞大學三藩市醫學院(UCSF)和史丹福大學深造,漸漸成為備受矚目的神經科學家;而心繫家國的他,自1994年回流香港,在剛成立不久的香港科技大學任教,希望能為這片滋養他成長的土地貢獻所長。「那時香港是座先進城市,回歸本來是非常值得慶祝的事,但卻因為禽流感疫情引發全城恐慌。」于常海坦言,作為科學家的他對此感到很羞愧,不斷反思:「腦科學研究都那麼進步了,為什麼傳染病的疾控還是那麼差?」「有人聽說禽流感就殺雞,如果有一種高致命性的人傳人的傳染病,難道要殺人嗎?......那是道德淪喪!」
于常海很快就找到了答案——原來,在傳染病疾控領域,缺乏快速分子診斷技術精準診斷呼吸道感染致病微生物;但在他看來,應該積極結合生物科技,發展一套最科學、最直接、最快捷的基因檢測技術,從而形成一個最有效的防禦體系。從那時起,他開始轉戰相關場域,並且成功研發世界上第一個禽流感檢測試劑盒,從此開始構想「生物雷達」的未來,及後更成立香港基因晶片開發有限公司(HKDNA,後來改名為海康生命科技有限公司,HK Life),帶領像他一样的科學生創夢,堅信香港的生物科技發展能夠改寫人類疫情防控的歷史。
一轉眼,20多年過去,于常海從香港去了北京再回到香港,投資花了一筆又一筆,一層層地剖析肺炎診療的系統性痼疾,重構技術底層邏輯,從0到1開闢「精準診斷—個性化用藥」的新賽道。直到今天,全球獨創的「生物雷達」終於面世。他忍不住感言:「其實來晚了,否則新冠不用死那麼多人。」
攻克傳統肺炎診療痛點
在海康生命科技的辦公室內,由朝氣蓬勃又陣容鼎盛的研究團隊向《香港01》記者介紹「生物雷達」的研發歷程,及其將會如何顛覆從肺炎到所有與基因相關疾病的診療生態。
首席醫學官張安業,曾是中山大學附屬醫院主治醫生,後來取得香港大學醫學院博士。「生物雷達不是簡單的肺炎檢測儀器,而是全方位解決方案提供者。」他解釋道,肺炎一般具備混合感染、動態變化、極其容易引起急危重症等特點,但傳統採用的「痰培養」診療方式耗時超過兩天,而且病原學確診率低至10%,導致60%病患是在尚未得到明確診斷之前就被開具不同的抗生素進行「過度治療」,或者因為無法定量監測而導致「延誤治療」。這樣的療法,既無法對症下藥、浪費醫療資源,又造成抗生素耐藥性問題,甚至衍生擁有多重抗藥性的「超級細菌(superbug)」,使得重症肺炎死亡率高達50%,即使生產再多新藥也無濟於事。
「生物雷達」正好具備幾大能夠有效攻克傳統肺炎診療痛點的特點——第一,擁有441種基因靶標檢測能力,能夠全方位覆蓋臨床常見的肺炎相關病原體;第二,能在兩個小時之內提供上百種靶標的定量檢測結果,在AI賦能下,分析患者多維數據(基因組、病史、環境),並生成個性化精準治療方案,得以避免錯誤治療、優化醫療資源使用;第三,由EFADchip®芯片搭載高靈敏性和高特異性探針,能夠最大程度消除假陽性假陰性;第四,流程相當簡便的全自動化操作,不需具備專業技術能力,得以消除人為誤差、緩解技术人员壓力、平衡城鄉醫療條件鴻溝。簡言之,「生物雷達」集合快速、精準、多重、定量、低成本檢測等於一體,是最優的臨床診斷解決方案,讓「精準治療」從理想變為現實。
首席工程師徐立偉,畢業於江蘇大學,從事體外分子診斷行業相關相關研發工作長達15年。他補充道:「我們的技術經過首都醫科大學附屬北京朝陽醫院的臨床樣品驗證,有別於許多企業使用實驗室製作數據來模擬臨床場景進行研發的方式,他們可以訂製一些標準化病毒,但臨床情況更加複雜。」團隊提供的臨床數據顯示,病患採用「生物雷達」進行個性化診療後,能夠快速改善病情、減少治療時間。在香港大學取得外科學碩士和香港中文大學醫學博士學位的王珏,目前擔任研發科學家;他也提到團隊的研發態度非常嚴謹,很多時候都被要求複驗實驗數據直到最好為止:「于教授常常提醒,我們的技術是用來救人,不是害人;我們的產品是用來幫助人的,而不是單純為了拿出去賣的。」
顛覆全球基因診療生態
在香港中文大學微生物系博士畢業的葉羽,曾於中國科學院深圳分院研究細菌與傳染病,目前負責「生物雷達」的下一步技術和研發工作,從「技術」層面分析「生物雷達」所突破的兩大壁壘:第一,具有前瞻性,HK Life擁有智能基因數據庫,整合全球病原體基因組、臨床表型數據,實時更新標靶庫;第二,拓展性非常寬泛,只要涉及基因,就可進行檢測——不僅可以檢測病原體,還可以檢測癌細胞,更可以檢測到環境中的病菌,而所有數據可以上傳雲端或者使用人工智能進行統合分析,從而精準預測各種流行病或者感染性肺炎之外的情況;第三,極具原創性,當前市面不乏基因檢測產品,而美國和法國技術較為先進,內地則有不少公司模仿他們,但「生物雷達」的技術路線完完全全由自家研發,甚至解決了外國公司也解決不了的難題,也取得多項專利。
「原創性」意味着「高難度」,對此,曾参与多項國家重大工程項目、負責「生物雷達」的硬件及系統研發工程師李濤有感而發:「這個過程非常艱苦。我們需要不斷否定自己,重新尋找更好的方案和技術路線,才能更加接近想要實現的目標。」在專訪開始之前,李濤也還在埋頭進行機器的細節調適。他透露,團隊最初尋找日本和内地一些比較成熟的工廠合作研發機器,但由於技術要求極高,需要進行經過大量研究、實驗、反饋的迭代過程,以確保機器達到完美狀態,「但他們完全無法滿足我們的要求,於是我們就自己在香港完成整個設計、組合、安裝、測試等工序,現在基本定型,下一步就是小量試產並投入合作醫院進行臨床合作。」但無論多艱難,團隊始終堅持要做「best-in-line」(行業領先),而不做「me-too」(仿製產品)。
「這完全是顛覆性的做法。」擁有劍橋大學博士學位、作為倫敦帝國理工研究員的首席營運官王心竹,加入海康之前曾任上海宸安生物科技的醫學副總裁,坦言海康之所以能夠吸引她離鄉別井來港加盟,就是在於「生物雷達」的研發思路和技術路線,顛覆了整個生物科技發展的生態。她解釋道,當下大多數生物科技公司都是創辦人先擁有一項技術,再嘗試將其進行商業化,但「生物雷達」的誕生是源於于常海根據「第一性原理」,銳意徹底解決致命性肺炎無法及時獲得精準診療的痛點,而其解決方案經過了20年的沉澱和累積,整合了多學科的技術和應用,跨越生物工程、分子生物學、微電子學、材料科學、光學及影像學、微流控、納米技術、集成電路、大數據收集、人工智能等等先進科學領域,達到成熟狀態才會面向公眾。
把香港帶上世界生物科技舞台
「生物雷達」的另一個顛覆性表現,在於能夠應用於所有與基因檢測相關的場景,再通過實時監測和多源數據分析,建立一套標準化和現代化的預警機制,可以把整個傳染病防控系統拓展至大灣區、全中國乃至全世界,而這將全方位突破當下基因識別技術難以普及的利益固化問題。
「如果有人以為我們和別人的差不多,那是指鹿為馬,沒有看到我們是在解決別人解決不了的根本性問題。」于常海對於「生物雷達」的里程意義充滿信心,更加沒有擔心過其市場價值。他透露,早在2011年接受《科學》訪問的時候,一切已經準備就緒,就差一項能夠進階統合應用的技術;直到2015年,一位人工智能專家告訴他,有關技術已經漸趨成熟,他開始規劃離開北京大學回到香港,暫停海康其他研發及業務,全職且專心投入「生物雷達」的最後一步:「當然走過很多冤枉路,但那些都是必須要走的路,因為我很清楚終點在哪裡。」
為什麼選擇回到香港走這一步?「香港就是香港,香港就是我的家,我從香港開始發展。起初創辦的芯片公司也是主打『香港』這個品牌,後來改名為海康的英文簡稱也是『HK』。我們希望從香港走進國家,並且向世界推廣產品。」20多年過去,于常海還未放棄這座小島的生物科技夢,而且一直在用實力證明:在生物科技的賽道上,香港不僅能跟上,更能領跑。如今團隊當中多了不少外地來港發展的專才、高才,于常海更加認為這是專屬於香港的「一國兩制」優勢,可以集聚各路人才:「他們來了就是香港人,都有着獅子山下的拼搏精神,我們就不相信我們做不出來!」——「生物雷達」的光芒,正從香港維多利亞港出發,照亮數十億人的健康。