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葛瑛:孵化梦想,跨界连接,催化未来

发布时间:2025/07/13
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在化学、生物学与医学的交汇处,威斯康辛大学葛瑛教授正引领一场转化分析科学的新时代。

 Q1:您一直都想成为一名科学家吗? 

其实并非如此!我家里没有人从事科研工作,最初我对商业更感兴趣——甚至想过有一天去创业。然而在中国教育体系下,要求学生在高中阶段就要在理科和文科之间做出选择。我在理工科课程中成绩不错,加之当时社会上也非常推广STEM教育,认为它能带来更稳定的职业前景,所以我被分到了理科方向。

考入北京大学时,我最初是想攻读生物专业,但后来被调剂到了化学系。(颇具戏剧性的是,这反而成为了一件好事,因为我现在的工作正处在化学与生物学的交叉领域)。但直到我加入Fred W. McLafferty的实验室,我才真正燃起对科研的热情。他极具感染力的热爱与献身科研的精神令人振奋——完美诠释了那种执着探索、不断突破边界的理想科学家形象。跟他一起共事让我认识到,质谱技术在应对健康挑战方面的巨大潜力,也正是那时,我真正接受了自己作为科学家的身份。

 Q2:从Fred W. McLafferty那里学到了哪些东西?

我常说,Fred W. McLafferty塑造了我的职业生涯。从他身上我获益良多,而且这些指导都是他亲力亲为、非常深入的。刚加入他实验室时,我完全没想到他会投入那么多时间指导我,尤其是考虑到他作为质谱领域的开拓者、美国国家科学院院士,而且当时他已经正式退休了,依然坚持每两周与我见面交流。

Fred教会我如何成为一名严谨的科学家:怎样坚持做到高标准?如何注重细节?以及如何在探索科学无限可能性的边界时始终追求卓越?

除了他的卓越才智,最令我印象深刻的是他对学生、年轻科学家以及合作伙伴的慷慨与支持。他发自内心的认为应该扶持下一代科研人才,而且他对科研的热情几乎是源源不断的。哪怕到了人生的最后阶段,他仍在修改论文——这种奉献精神与激情,将一直激励着我。

Fred教给我的另一项重要课题是“合作”。他曾对我说:“你不可能精通所有领域,但必须学会寻找合适的合作者来补足专长。”这句话深深影响了我如今的工作方式。我的实验室本身就是高度跨学科、强调协作的团队,我们的研究人员来自不同背景,包括化学、生物、医学等多个领域。同时也与生物学家、生物信息学家、临床医生(如心脏病专家、心外科医生等)保持紧密合作。但真正的合作并不只是样本和数据的交换,而是深入的去理解彼此的专业领域,真正开展思想碰撞,推动科学发现的进展。

Fred还还拥有拥抱创新的非凡能力。他开创了气相色谱-质谱联用(GC-MS),在小分子和有机化学领域深耕数十年,尤其以“McLafferty rearrangement(麦氏重排)”闻名于世。然而,在职业生涯的后期,他敏锐洞察到研究大型生物分子的潜力时,做出了大胆而富有远见的转变,率先探索开创了自上而下(top-down)质谱分析方法,始终在追问:"我们还能用质谱技术做些什么?"

他总比他人更早看见未来。他也是最早一批使用软件和计算方法的科学家之一,在机器学习和软件驱动的质谱还未成为主流前,就鼓励学生开发数据分析工具,预见了它们的价值和前景。在我看来,Fred是真正的远见者——一位永不满足于已有成就、不断开拓进取的传奇人物。他的这种思维方式和探索热情,正是我如今努力传承给自己学生的精神财富。

 Q3:您更倾向运用分析技术来产生实际影响,改变现实?还是更受自身对科学的好奇心和解答基础问题的渴望所驱动?

我的主要动力源于目睹患者在痛苦中挣扎,同时也深刻意识到目前可用的诊断工具如此匮乏。试想:当你去看医生时,基础诊疗流程可能三十年来都未曾改变:测量血压体温、进行几项血液检测。唯一显著的变化,可能只是病历从纸质转向电子系统,但诊断手段本身依然存在局限。

与此同时,我也注意到分析技术创新的巨大潜力尚未充分应用于医学领域,甚至还没完全进入生物学研究。我身处在化学、生物学和医学交叉的独特位置,我可以非常直观地感受到这些需求尚未被满足。我的实验室位于一个跨学科的研究环境里,我们的邻居就是心脏病专家、心外科医生和生物学家,我们直接与他们密切来往,亲身感受医疗体系的困境,也目睹家人和朋友因各种疾病而饱受折磨。

所以,我的驱动力源自一个根本性问题:如何切实帮助患者?如何提升公共健康水平,延长人们的寿命并改善生活质量?如何开发出能更早检测疾病、实现更准确预后、更有效追踪治疗效果的技术?正是这种将科学进步转化为现实影响的追求,持续推动着我前进。

 Q4:您职业生涯中最自豪的时刻是什么?

如果一定要选的话,我觉得最让我自豪的莫过于培养下一代科学家。看到我的学生们取得成功,亲眼见证他们独立做出自己的发现,推动事业发展,这一切都让我感到无比欣慰。

当然,我的工作得到认可也让我感到自豪,比如获得美国质谱学会(ASMS)颁发的Biemann奖章,那绝对是值得纪念的时刻。后来又获得HUPO临床与转化奖,更让我感到特别,因为这与我致力于将分析科学与医学结合的热情不谋而合。

但真正让我感到自豪的,还是看到自己的工作产生了实际影响。无论是指导学生,推动转化科学研究,还是开发出能够帮助患者、改善医疗保健的技术等等。

 Q5:您提到自己最初对商业感兴趣,有没有考虑过创办一家公司?

是的,我们所做的很多工作都具有商业潜力,而且已经拥有了多项专利。实际上,我们目前正在与投资者进行洽谈(我甚至已经想好了公司的名字……)。不过,我是一个非常谨慎的人,在没有充分准备之前,我不会贸然行动。目前,我正处于准备阶段。

驱使我前进的不仅是技术本身,更是帮助患者的机会。我对技术有深刻的理解,但我也熟悉生物学和医疗领域。尽管我没有接受过分析科学家或心脏病学家的培训,但我已经完全融入了心血管研究社区。从我的同事们那里学到了很多,参加了他们的会议,并且现在还担任包括美国心脏协会和国际心脏研究学会(北美分会)在内多个重要组织的理事会成员。

我经常看到化学、生物学和医学之间存在壁垒。这些领域的专家们往往没有充分沟通交流,而这正是我想扮演桥梁角色的地方。我喜欢沉浸在不同的学术和临床社区,了解它们面临的独特挑战,并探索如何利用技术解决实际问题。

在规划公司的过程中,我的愿景是利用这些技术实现早期疾病检测和病程监测,使之能够被临床广泛应用。疾病检测延迟的确是一个重大难题,亟需更好的生物标志物、更先进的诊断工具以及更有效的治疗反应监测手段。许多治疗方案伴随着严重副作用,如果我们能实时监测患者的生物反应,就能更精准、更有效地调整治疗方案。

我深知分析化学家能够贡献什么,生物学家需要揭示哪些疾病机制,临床医生又需要怎样的信息才能有效治疗病人。我的目标就是将这些领域紧密连接起来,推动医疗领域的重大突破。因此,我将自己看作一个孵化器、连接器和催化剂,致力于打破学科间的壁垒,推动更好更精准的诊断方法、更准确的预后评估,最终实现更有效的治疗方案。

一个典型的例子就是基因型与表型之间存在显著差异。医生常常知道患者携带某种与疾病相关的基因突变,却因不知道疾病是否会发作或者何时发作而束手无策。有些治疗方案太激进,不能仅凭“可能会发病”就轻易施用。这在遗传性心血管疾病中尤为突出,我们经常看到同一家族里携带相同基因突变的人,临床表现却截然不同。我们迫切需要能够弥合基因型与表型之间差距的生物标志物,帮助医生做出更有针对性的决策。

最近我遇到一位病患倡导者,他在确诊严重遗传性心脏病前曾是企业高管。幸运的是,他最终接受了心脏移植手术。此后他创立基金会支持相关研究与治疗,这件事让我更加深刻地体会到这项需求的紧迫性。

 Q6:您会给下一代分析科学家什么建议?

我认为我们正步入分析科学的新纪元——在这个时代,我们不仅仅是为了技术而技术,而是要肩负更大的使命。

我对下一代分析科学家的建议是:不要总待在舒适区,不要过于专注于某项特定的技术。这个世界充满了亟需解决的实际问题,主动去接触、去理解它们。不要只是等着别人来找你说:“嘿,我这里有个问题,你能帮我分析并提供数据吗?”相反,要主动出击,自己去探索发现这些问题。

与心血管研究界的合作中让我设计出了更好的方法,因为我不仅将质谱技术视为一种手段,而是思考如何用它来解决真实的临床难题。

不过,要想真正产生影响,还必须投入时间去学习其他学科,理解它们的语言,这意味着要读大量领域外的论文。这是一项艰巨的工作。但最终,这会让你成为更优秀的科学家,也会成为更出色的分析化学家,因为你对生物学和医学理解得越深,你的贡献就越有价值。

 Q7:跨学科的合作能帮助解决分析科学中所谓的“认知困境”吗?

确实如此。长期以来,分析科学家常被视为技术人员——那些操作仪器、生成数据的工作者,而非推动科学发现的创新者。记得读研时,导师在实验室的公告栏上贴过一张激励性的文章/名言,大意是“分析化学家不只是技术人员”,这句话深深印在我心里。

看看常春藤盟校,很多甚至没有单独设立分析化学系,因为他们觉得分析科学太过技术性。但事实是,分析科学为众多发现奠定了基础。我们不仅是技术人员,更是创新者和问题解决者。

我亲身经历过:在心血管研究中,同事们不把我当分析科学家,而是心血管研究员;在我专注生物学的项目中,他们认为我是心脏生物学家。所以标签并不重要,重要的是我们用分析工具解决科学与医学中的重大难题。

分析科学不应仅仅以它的工具定义,而应以其影响力来衡量。我们不仅仅是在开发仪器,更是在推动诊断技术进步、变革医疗体系,并推动生物学、医学和环境科学领域的突破。

如果让我说一句话送给大家,那就是:分析科学家应该心怀远大梦想。我们不应止步于“测量”,更应提出重大问题,迎接最大挑战,对世界产生真正且持久的影响。