科技少年 | 初中生轰炸医学界,一张试纸改变传统癌症检测方法!
在出柜后不久
一位叔叔因胰腺癌而逝
此时他甚至不知道什么是胰腺
或是因年少轻狂
不知何为艰难
对他而言
「问题只是机遇的伪装」
奇思妙想要变成现实,从来都是道阻且长,除了努力和坚持,别无它法。
美国有位名叫 Jack Andraka 的少年,在上初中生物课的时候,有了一个关于如何检测胰腺癌的灵感,没有止步于臆想,少年选择踏上全新领域的漫漫征途,并在 2012 年 15 岁之际,斩获英特尔国际科学与工程大奖赛(Intel ISEF)最高奖,获得 75000 美金。
「我意识到这是现代医学的滞后」
胰腺癌可谓是癌症之王,早期极难被发现,晚期又难以治疗,即便手术成功,平均存活期也只有 17 个月,帕瓦罗蒂、乔布斯等人皆因胰腺癌而逝。
可以说,患了胰腺癌,就如同被宣告死亡。然而,值得我们注意的是,胰腺癌早期的治愈率其实可接近 100%,这意味着,早期检测的准确率越高,得以被挽救的生命越多。
很可惜,我们现行的胰腺癌检测方法,技术原理数十年未更新过,准确率不高,对早期的诊断更是无计可施。与此同时,检测费用昂贵,并不适合低收入患者排查病症。
意识到这是现代医学的滞后,Jack 决意革新!
寻找胰腺癌的「化身」
Jack 认为,作为一种病症的「检测方法」,应该便宜、快速、简单、敏感、无副作用、能筛选。
传统验血检测胰腺癌的难度在于,人体血液里含有巨量蛋白质,找到对应的能判断为胰腺癌的那一种,犹如大海捞针。
Jack 读到一篇文章,该文列举了胰腺癌患者血液里所含的 8000 多种蛋白质,由此, Jack 也开始了漫长的筛选过程,决心找出其中胰腺癌的「化身」。
他说:「也许是我年少轻狂,不知何为艰难。」
年少轻狂,却不意味着无知。Jack 以科学的方式进行着实验,避免无用功。
「我设定了严格的筛选条件符合条件的蛋白质,必须存在于所有类型的胰腺癌中,早期血液里的含量要高,但仅限存在于患者体内。」
纵然设定了严格标准,筛选过程仍旧不轻松,如同爱迪生试错千百遍,才找到灯泡命中的钨丝,Jack 在进行了 4000 次按部就班的筛选工作后,才终于在临近崩溃之际找到了答案——间皮素。
间皮素,一种抗原。原始间皮素被酶解成两部分,氨基端部分溶于水,可进入血液和尿液。
胰腺癌患者血液中间皮素的浓度极高,而且在最早期就已出现,因此可以作为早期检测的标准。
与此同时,卵巢癌、肺癌患者中的间皮素也呈现这一特点,所以,如果 Jack 成功,意义将不止于胰腺癌。
无趣的生物课,有趣的思维
在确定了特定的蛋白质后,研究方向就转向了如何检测。Jack 本来对此一筹莫展,始终找不到对的出路,却在生物课上被撞出一点火花,就此燃成了熊熊烈火。
当时的上课内容为「抗体」,介绍不同的抗体只识别不同抗原。老师在讲课,而 Jack 在桌子下偷看科学杂志,正好读到一篇文章,介绍了「碳纳米管」的各种性质,而其中的一项性质——高导电性,引起了 Jack 的注意。
两相结合,Jack 突然灵光一现:
「只要把特定抗体和碳纳米管结合,当含有间皮素的物质加入,在与抗体反应后,碳纳米管的性质就会被影响,而这恰好成为我们能探测的信息。」
200 次的请求,7 个月的探索
接下来的实验,需要充足的条件才能满足,Jack 决心找一间实验室。
他拟定了预算和材料列表、实验进度和程序,电邮给约翰霍普金斯大学,以及国家卫生研究院等与胰腺癌研究相关的 200 位教授和专家们,期待着肯定与赞扬。
「我以为他们会说,“你真是个天才”、“你将会拯救全人类”,结果并没有,我收到了 199 封回绝信,其中一位在回信中说道,“别浪费大家的时间”。」
好在 Jack 收到了 Anirban Maitra 教授抛来的最后一根稻草——「年轻人,也许我能帮你。」
Anirban Maitra ,约翰霍普金斯大学教授,胰腺癌方面的研究专家,看着就很慈祥啊
在经过教授和博士们的问题轰炸后, Jack 终于得到了实验室的使用权。
Jack 初步设想的结合抗体和碳纳米管的方法很简单,就是将两种液体直接混合,并将试纸浸入,再取出来晾干,即可得到试纸。
然而,当他开始研究后,却发现一步一个坑,原本认为完美无暇的程序,似乎突然出现了无数的漏洞,令他抓狂。
在接下来的 7 个月里,Jack 固执地和这些漏洞杠上,除了上课,他几乎将所有的时间都耗在实验室。
爆肝的成果是,他的「测癌试纸」,检测时间为 5 分钟,比现行的通用方法速度快168倍,敏感了400倍,而成本仅需 3 美分,便宜了 26000 倍。
其最大的意义是,近 100% 的准确率,能检测出最早期的患者,换回近 100% 的存活率。
荣誉后的前行
Jack 的「测癌试纸」,因碳纳米管而具有导电性,滴入患者的血液或尿液后,其中的间皮素会与抗体结合,使抗体膨胀;间皮素浓度越高,抗体膨胀越明显。
抗体的膨胀,改变了碳纳米管的电子性能,使其导电性和电子信号变弱,并显示为「测癌试纸」生物感应信号。
Jack 革新的胰腺癌检测方法,低价而高效,成为 2012 Intel ISEF 大赛的冠军,并轰动了整个医学界。
Jack 还受到了奥巴马的接见。
并且接触到社会各界大牛。
譬如克林顿。
譬如库克。
研究成果所带来的荣誉,没有让少年沾沾自喜、止步不前,而成为一种继续前行的自信与动力。
就「测癌试纸」而言,Jack 认为要投入生产,走向社会,肯定还需要数年时间,之后他也许会将技术转交给美国著名的医学实验室 Quest 和 Labcorps 。
Jack 开始转向新的研究,在获奖的次年研发了一种新型拉曼光谱仪设备(可用来探测爆炸物、环境污染、检测疾病等),只有手机大小,售价仅需 15 美元,而市面上的拉曼光谱仪为售价近 10 万美元的巨型设备。
之后 Jack 创办了自己的公司,并且着力于研究「纳米机器人」在医疗方面的可能,未来如何,值得期待。
天才非一日之功
「他从小好奇心就特别重,不懂的都想弄懂,所以我得经常小心照看他,免得他又拆了什么」。
Jack 身为医院麻醉师的妈妈说。
Jack 生活在一个非典型的美国家庭里,这个家庭不热衷足球和棒球,而痴迷于茶余饭后讨论各种科学理论,他们家里堆满上千本科学书籍。
无论什么问题,Jack 都被鼓励自己寻找答案。Jack 的父母甚至会故意制造问题,让他解决,Jack 的父亲告诉他,「问题是机遇的伪装」。久而久之,Jack 就养成了科学的思考方式,并在生物学和数学方面展现天赋。
Jack 自小就喜欢捣鼓一些研究,包括对低水头大坝的平安改良,用发光细菌检测水中的毒素,以及研究纳米颗粒对其他大颗粒的影响等,而这些项目也让他满载各类科学竞赛的奖牌。
父母的这种引导型教育方式,教育出的不只是天马行空胆大无畏的 Jack ,同时还有大 Jack 两岁的哥哥 Luke 。
Luke 同样在科学方面具有天赋,是 Jack 最亲密的竞争对手。
13 岁时的科学展览项目,在全国中学生科学竞赛中获得第 4 名。
15 岁时就矿井酸液排放对环境影响这一方向的研究,获得 Intel ISEF 奖项及其「天才奖学金」共 96000 美元。
16 岁时获得麻省理工学院 THINK 大奖 (Technology for Humanity guided by Innovation, Networking, and Knowledge)。
可怕的一家人
生而逢时的「图灵」
Jack 在 13 岁时就在学校公开自己的同性性向,与因「同性恋」而被迫害的图灵(人工智能之父,年仅 41 岁疑似自杀而逝世)不同,Jack 的父母鼓励他追求自己真正的价值,而不要因性向否定自己。
他仍在一种乐观、向上的环境中,不断地进行着自己的研究,未因性向而被科学领域拒于千里之外。
事实上,在出柜后不久,直至 Jack 一位叔叔因胰腺癌而逝前,他甚至连胰腺是什么都不知道,在决心开始研究后,给予他起步阶段最大帮助的便是互联网,他在学生之友谷歌和维基百科上搜查了大量相关文献,用于补充自己的理论知识。
「我们身处于互联网时代,而互联网恰是一个平等的地方,无关性别、年龄、学历,甚至是性向,唯有想法才是最重要的。」
如果你也在不经意间,有了什么灵感,请肆意地去尝试,就算你所思考的观点,被批判为毫无可能的方向,它也可能正好就是最值得创新的那一点——
而众人也将于无声处听惊雷,并最终为你喝彩。
科学
不计较你的年龄
年轻
也足以影响世界