今年9月，F(xiàn)acebook首席執(zhí)行官馬克·扎克伯格與他的夫人普莉希亞·陳在舊金山令人矚目地宣布：將在未來10年內投入30億美元的巨額資金，資助科學家們攻克世界上最主要的疾病。他們期望在下一代人成長的過程中，能夠更少受到疾病的影響，從而過上高質量的生活。

其中BioHub生物中心是一個價值6億美元的研究所，匯集世界領先的生物醫(yī)學和工程創(chuàng)新領域的科研院所：加州大學伯克利分校、加州大學舊金山分校和斯坦福大學。 這三所研究機構的科學研究專家們積極聯(lián)手其他研究機構的同事，以及硅谷科技界的同仁們，致力于分享研究技術、工具和想法，為全球疾病治療大格局注入新的驅動力。

日前，該研究所宣布啟動其第一個研究項目：將創(chuàng)建第一個龐大的人類所有細胞的目錄，稱為“細胞圖譜（The Cell Atlas）”。 

BioHub共同總裁Stephen Quake博士是這樣介紹的：“在Biohub，我們專注于兩個關鍵的事情：解決世界上最重大的醫(yī)療問題，并與我們的社區(qū)以前所未有的有效方式合作?！彪[藏在人類細胞內部的功能性運作機制是許多致病的根本原因?！凹毎麍D譜”項目旨在開始解鎖這些奧秘，揭示細胞是如何在健康人體內正常工作的，更重要的是——當疾病發(fā)生時，細胞內究竟發(fā)生了什么。他是這樣進一步強調其觀點的，“教科書上的傳統(tǒng)觀點是說，人體中大約有300多種類型的細胞，包括在血液中攜帶氧氣的紅細胞、在大腦中長期存在的神經元和在眼睛中像數(shù)碼相機般工作的光感受器的細胞。但是，實際數(shù)量可能更大——最新研究估計近萬。然而它們不能在普通顯微鏡下得以簡單區(qū)分。逐個理清人體中上萬的所有細胞類型將更好地幫助研究人員和生物制藥行業(yè)了解每個細胞的分子特征，以及理解它們是如何對某些類型治療做出反應的。”

人體內不同類型的細胞 （圖片來源NIH）

這一理念為何從來沒有實現(xiàn)過？也是有充分理由的。人體內不同細胞類型的宏大數(shù)量使得“細胞圖譜”成為一項史無前例的巨大任務?！凹毎麍D譜”的最終目的將是向世界各地的研究人員提供一個涉及所有細胞的目錄，諸如控制管理大腦、心臟、乳腺、腎和肺等重要器官的眾多不同類型的細胞。

近年來，生物醫(yī)學研究領域終于迎來了能使這一夢想付諸實施的一系列創(chuàng)新技術。部分重要技術成分也與Biohub的團隊的努力密不可分。以下這些核心技術使得創(chuàng)建“細胞圖譜”不再是紙上談兵：

微流控芯片技術

Biohub的科學家與新一代的生物工程領域的人員緊密合作，專注于開發(fā)計算機集成電路的生物等效元件。這些嵌入了人類細胞的微流控芯片或“生物芯片”使用微管道系統(tǒng)來分析患者樣品和藥物化合物。生物芯片允許科學家獲得很有意義的數(shù)據，這類結果以前需要幾個星期才能生成，現(xiàn)在只需幾個小時。

值得一提的是Quake博士和其他同事發(fā)明了允許單個細胞在微流控芯片上的通道里移動。不難想象，該技術奠定了“細胞圖譜”宏圖的基礎，因為科學家可以迅速且精準地捕獲單個細胞，逐個對單個細胞的基因組進行測序分析。

CRISPR基因編輯

CRISPR技術已經徹底改變了我們編輯和更改基因組的能力。Biohub的Cell Atlas項目將廣泛利用該技術手段測試實驗室已有的細胞培養(yǎng)品系，深度理解打開或關閉特定基因是否影響細胞的基本功能。這一舉措使得研究人員能夠研究哪些基因是生存所必需的，并探討當不同類型細胞失去特定基因功能時會有什么后果，從而構建重要的疾病模型。

借助CRISPR技術，Biohub的科學家將能夠改變特定細胞中的蛋白質動力學，并結合熒光標記，以前所未有的精度研究蛋白質功能。

借助微流控芯片技術和CRISPR基因編輯技術，“細胞圖譜”項目勢必獲得海量數(shù)據（圖片來源：NIH）

高性能計算平臺

醫(yī)學研究人員往往缺乏強大的計算平臺，限制他們處理數(shù)據的能力。 基因學創(chuàng)新可以解碼單個細胞的DNA，微流控芯片可以立即分析組織樣本和藥物化合物的，以及大量各種新型成像數(shù)據，均使得傳統(tǒng)計算能力“捉襟見肘”。Biohub針對計算技術進行投資開發(fā)，應用蓬勃發(fā)展的人工智能和機器學習能力，來滿足生物醫(yī)學研究人員的數(shù)據處理需求。

該項目草案也正在吸引廣泛的國際努力，以持續(xù)穩(wěn)定地完善“細胞圖譜”信息。Stephen Quake博士認為：“BioHub仍然規(guī)模較小。這將需要巨大的國際合作。”事實上，已經有一個稱為國際人類細胞圖譜聯(lián)盟（International Human Cell Atlas Consortium）的小組正在制定“繪圖”策略，由英國桑格研究所領導，Quake博士也是該組織的重要成員之一。

“一切正在進行之中了，”Quake博士頗具信心的展望說道， “我認為2017年對于‘細胞圖譜’項目來說將是偉大的一年?！?/span>

文章來源：藥名康德