生物物理学有望掀起下一轮医学革命

　　据发表于《自然》杂志网站的一篇文章解释，生物物理学指在跨越分子、细胞、组织和生物体的尺度上研究生物的物理现象和物理过程的学科，它利用物理学的原理和方法来理解生物系统。

　　图片来源：生物物理学组织网

　　西班牙《世界报》网站在近日的报道中指出，生物物理学能够让断骨再生，或者将药物送达人体内某个器官，甚至揭示生命的奥秘，已经成为当前最具前景的研究领域之一，有可能掀起下一轮医学革命。

　　SEAS科学家开发的纳米药物输送载体。 图片来源：哈佛大学官网

　　两门学科相得益彰

　　生物物理学组织网报道称，1953年，科学家们借助生物物理学揭示了DNA的结构，这一发现对于揭示DNA如何成为生命的“蓝图”至关重要。现在人们可以读取人类和多种生物体的DNA序列，生物物理学技术对分析这些海量数据不可或缺。

　　生物物理学领军者之一、美国哈佛大学物理学和应用物理学教授戴维·韦茨称，生物物理学也可被理解为一门从大自然获取灵感以创造新材料的学科，但人们也能反过来看：对无生命材料的研究正在帮助科学家更好地理解生命。

　　韦茨表示：“随着对生物材料的理解越来越深，我们可以运用所获知识来了解有关活体材料的事情。生物学和物理学相得益彰，因为它们提供了两种截然不同的看待事物的方式：生物学家研究‘个别分子的每处细节’，而物理学家在分析了‘蛋白质的许多相互作用’之后，对问题形成更全面的看法。”

　　制造新型药物

　　近年来，生物物理学最重要的应用之一是包载疫苗中核糖核酸（RNA）的纳米颗粒，而取得这一成果，要归功于科学家们从生物膜中获得了灵感，同时运用了物理原理。

　　韦茨表示：“这些包载着RNA疫苗的微型胶囊是多年研究的成果，我们正努力挖掘它们的潜力，并制造出更多东西，比如新的药物。重要的是，这种技术为科学带来了无穷的可能性，无论是物理、化学还是生物领域，我们可以为改善这个世界贡献很多东西。”

　　推进组织工程

　　生物物理学富有前景的应用领域之一是组织工程，即制造类似于活体组织的人工材料。这将在医学上拥有广阔的应用空间，如让人们拥有为自己“量身定做”的材料来修复或替换受损器官。

　　这里也不能缺少起着重要作用的物理学知识。韦茨说：“如果你想要得到一种组织物，就得构造一些东西：细胞、细胞周围的东西，你得让它们按照某种方式生长，还必须把它们组织起来。”2016年，韦茨的团队培育出一种人造肝脏组织，用于测试新药物的疗效。

　　也有一些团队正在研究人造心脏。为了从头开始构建人类心脏，研究人员需要复制构成心脏的独特结构，包括重建螺旋几何形状——当心脏跳动时，心肌会产生螺旋几何形状的扭曲运动。

　　今年7月，哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院（SEAS）生物工程师使用一种新的增材纺织制造方法（FRJS），开发了第一个具有螺旋排列跳动心脏细胞的人类心室生物混合模型，并证明其肌肉排列确实会显著增加每次收缩时心室泵出的血液量，这项工作是器官生物制造向前迈出的重要一步，使人们更接近于制造用于移植的人体心脏的最终目标。相关研究结果发表于今年7月7日出版的《科学》杂志。

　　但韦茨警告说，这个领域并不简单。他说：“组织工程学领域碰到的问题多如牛毛，其中一些我们正在攻克。比如要‘打印’出一块组织，需要很多人的努力。届时如果你骨折了，就可以去‘打印’一些东西来帮助骨头愈合。”

　　他认为，虽然实现这样的目标非常困难，但“它正在到来”。

　　设计更好生物材料

　　生物物理学对于理解生物力学也至关重要，而掌握了生物力学原理，有助于设计更好的假肢、更好的用于药物输送的纳米材料等。

　　韦茨预测的另一项重大突破，正是关于在人体内运输新一代药物的，这些药物有望深刻改变许多治疗方法。他说：“以前，药物往往是非常小的分子，它们很小，才能在你吞服后，通过胃进入血液系统。但现在，人们开始研究更大的分子，所以，如何运输它们就成了必须关心的问题。”