中山三院《新醫(yī)學(xué)》| 養(yǎng)細(xì)胞、養(yǎng)老鼠、養(yǎng)數(shù)據(jù)：新時(shí)代醫(yī)學(xué)科研的“三重奏”
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在大數(shù)據(jù)和人工智能時(shí)代，醫(yī)學(xué)科學(xué)的發(fā)展日新月異，充滿無限可能。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，醫(yī)學(xué)研究將更加高效、精準(zhǔn)和個(gè)性化。“養(yǎng)細(xì)胞”“養(yǎng)老鼠”和“養(yǎng)數(shù)據(jù)”共同構(gòu)成了醫(yī)學(xué)科研的“三重奏”。如何促進(jìn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法與現(xiàn)代數(shù)據(jù)技術(shù)的結(jié)合，奏出和諧的樂章？目前看來，解決之道在于建立跨學(xué)科協(xié)作平臺，整合實(shí)驗(yàn)生物學(xué)與數(shù)據(jù)科學(xué)團(tuán)隊(duì)，同時(shí)推動(dòng)醫(yī)學(xué)教育課程改革，培養(yǎng)兼具“濕實(shí)驗(yàn)”與“干實(shí)驗(yàn)”能力的復(fù)合型人才，為醫(yī)學(xué)研究開辟了新的道路，為人類健康帶來更多福祉。
在醫(yī)學(xué)研究的歷史長河中，基礎(chǔ)研究與臨床實(shí)踐始終是推動(dòng)醫(yī)學(xué)進(jìn)步的兩大核心動(dòng)力。傳統(tǒng)模式下，醫(yī)學(xué)科研的主要形式是在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)各種類型的組織細(xì)胞/細(xì)胞株（系），以及實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，俗稱“養(yǎng)細(xì)胞”和“養(yǎng)老鼠”，通過實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ吞剿骷膊C(jī)制、驗(yàn)證藥物效果。然而，隨著大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，醫(yī)學(xué)研究的模式正在發(fā)生深刻變革。特別是近期生成式人工智能大模型（如ChatGPT、DeepSeek等）的出現(xiàn)，為醫(yī)學(xué)研究提供了全新的工具和視角。在這一背景下，“養(yǎng)數(shù)據(jù)”逐漸成為醫(yī)學(xué)科研的重要組成部分，與“養(yǎng)細(xì)胞”和“養(yǎng)老鼠”共同構(gòu)成了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究的“三重奏”。
1 ?傳統(tǒng)科研模式：養(yǎng)細(xì)胞與養(yǎng)老鼠
1.1 養(yǎng)細(xì)胞：微觀世界的探索
“養(yǎng)細(xì)胞”是基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究的基石。通過體外培養(yǎng)細(xì)胞，研究人員可以模擬生物體內(nèi)的環(huán)境，研究細(xì)胞生長、分化、凋亡等基本生命過程，這一過程為我們理解生命現(xiàn)象和發(fā)病機(jī)制提供了重要的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。例如，癌癥研究中的細(xì)胞系實(shí)驗(yàn)可以幫助科學(xué)家理解腫瘤細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移機(jī)制，并為藥物篩選提供平臺。然而，“養(yǎng)細(xì)胞”的研究模式也存在局限性。首先，體外培養(yǎng)的細(xì)胞無法完全模擬人體內(nèi)復(fù)雜的微環(huán)境；其次，細(xì)胞實(shí)驗(yàn)的結(jié)果往往需要進(jìn)一步在動(dòng)物模型中進(jìn)行驗(yàn)證，才能推斷其在人體中的實(shí)際效果。
1.2 養(yǎng)老鼠：從實(shí)驗(yàn)室到臨床的橋梁
實(shí)驗(yàn)動(dòng)物是生命科學(xué)研究中必備的“動(dòng)物、設(shè)備、信息和試劑”四大要素之一，生命科學(xué)領(lǐng)域的科研、教學(xué)、生產(chǎn)等都離不開實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。近代以來，通過生物學(xué)方法，將一些需要研究的生理或病理相對穩(wěn)定地顯現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物身上，這些標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物就稱之為模式動(dòng)物。小鼠模型因其基因組與人類高度相似、繁殖周期短、成本相對較低等優(yōu)勢，成為醫(yī)學(xué)研究中最常用的動(dòng)物模型。通過基因編輯技術(shù)，研究人員可以構(gòu)建特定疾病的小鼠模型，用于研究疾病機(jī)制、評估藥物療效和安全性。“養(yǎng)老鼠”是連接基礎(chǔ)研究與臨床實(shí)踐的重要環(huán)節(jié)。盡管如此，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也存在倫理爭議和物種差異問題。小鼠與人類在生理結(jié)構(gòu)和代謝機(jī)制上的差異，可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果無法直接應(yīng)用于臨床。
1.3?傳統(tǒng)模式的局限性
“養(yǎng)細(xì)胞”和“養(yǎng)老鼠”的研究模式雖然在醫(yī)學(xué)發(fā)展中發(fā)揮了重要作用，但其局限性也日益凸顯。首先，這兩種模式的研究周期長、成本高，難以滿足快速發(fā)展的醫(yī)學(xué)需求；其次，它們無法完全模擬人體的復(fù)雜性和個(gè)體差異。因此，醫(yī)學(xué)研究亟需一種新的模式來補(bǔ)充傳統(tǒng)方法的不足。
2 ?大數(shù)據(jù)人工智能時(shí)代的科研新模式：養(yǎng)數(shù)據(jù)
2.1?數(shù)據(jù)的來源與類型
在大數(shù)據(jù)人工智能時(shí)代，我們所有的工作都記錄在案，而且有跡可循，醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS）、電子健康記錄（EHR）、醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)庫、基因組學(xué)數(shù)據(jù)、可穿戴設(shè)備數(shù)據(jù)等，為醫(yī)學(xué)研究提供了海量的數(shù)據(jù)資源。這些數(shù)據(jù)涵蓋了從分子水平到個(gè)體水平的多個(gè)層次，為研究人員提供了前所未有的研究素材。常用的大數(shù)據(jù)有：①醫(yī)院數(shù)據(jù)，包括患者的病歷、檢驗(yàn)結(jié)果、影像資料等，是臨床研究的重要數(shù)據(jù)來源；②互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，如社交媒體、健康論壇等平臺上的患者自述數(shù)據(jù)，可以反映患者的真實(shí)體驗(yàn)和需求；③交叉學(xué)科數(shù)據(jù)，如環(huán)境數(shù)據(jù)、流行病學(xué)數(shù)據(jù)等，為研究疾病的宏觀規(guī)律提供了支持。
2.2?數(shù)據(jù)的價(jià)值與挑戰(zhàn)
“養(yǎng)數(shù)據(jù)”的核心在于從海量數(shù)據(jù)中提取有價(jià)值的信息。通過數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)，研究人員可以發(fā)現(xiàn)疾病的新機(jī)制、預(yù)測患者的預(yù)后、優(yōu)化治療方案等，將會(huì)引導(dǎo)個(gè)性化診療和精準(zhǔn)智能醫(yī)療的發(fā)展。例如，利用深度學(xué)習(xí)算法分析醫(yī)學(xué)影像，可以提高疾病診斷的準(zhǔn)確性和效率；通過分析基因組數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化醫(yī)療。然而，“養(yǎng)數(shù)據(jù)”也面臨諸多挑戰(zhàn)。首先，數(shù)據(jù)的質(zhì)量和標(biāo)準(zhǔn)化問題亟待解決；其次，數(shù)據(jù)隱私和安全問題需要高度重視；最后，數(shù)據(jù)分析需要跨學(xué)科的合作，這對研究人員的能力提出了更高的要求。
2.3?生成式人工智能的賦能
生成式人工智能大模型的出現(xiàn)，為“養(yǎng)數(shù)據(jù)”提供了強(qiáng)大的工具。這些模型可以處理自然語言、生成文本、分析數(shù)據(jù)，甚至模擬科學(xué)實(shí)驗(yàn)。例如，研究人員可以利用生成式人工智能自動(dòng)生成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、分析文獻(xiàn)、輔助撰寫論文，從而大幅提高科研效率。此外，生成式人工智能還可以用于數(shù)據(jù)增強(qiáng)和模擬。例如，在醫(yī)學(xué)影像分析中，生成式對抗網(wǎng)絡(luò)（GAN）可以生成高質(zhì)量的合成圖像，用于訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)模型；在藥物研發(fā)中，生成式人工智能可以預(yù)測分子結(jié)構(gòu)，加速新藥的發(fā)現(xiàn)。因此，新時(shí)代應(yīng)該用大數(shù)據(jù)和人工智能“賦能”我們每位醫(yī)生，而不是被其取代。
3 ?“三重奏”的協(xié)同與融合
3.1?養(yǎng)細(xì)胞、養(yǎng)老鼠與養(yǎng)數(shù)據(jù)的互補(bǔ)性
“養(yǎng)細(xì)胞”“養(yǎng)老鼠”和“養(yǎng)數(shù)據(jù)”并非相互替代的關(guān)系，而是相輔相成的?！梆B(yǎng)細(xì)胞”和“養(yǎng)老鼠”可以為數(shù)據(jù)研究提供生物學(xué)基礎(chǔ)和驗(yàn)證手段，而“養(yǎng)數(shù)據(jù)”則可以為實(shí)驗(yàn)研究提供新的假設(shè)和方向。例如，通過分析臨床數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)某種基因與疾病相關(guān)后，研究人員可以在細(xì)胞和小鼠模型中進(jìn)行功能驗(yàn)證。
3.2?數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
在大數(shù)據(jù)人工智能時(shí)代，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可以更加精準(zhǔn)和高效。例如，通過分析患者的基因組數(shù)據(jù)和臨床數(shù)據(jù)，研究人員可以篩選出最有可能受益于某種治療的患者群體，從而設(shè)計(jì)更有針對性的臨床試驗(yàn)。
3.3?從數(shù)據(jù)到臨床應(yīng)用的閉環(huán)
“養(yǎng)數(shù)據(jù)”的最終目標(biāo)是將研究成果轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用。通過整合多源數(shù)據(jù)，研究人員可以構(gòu)建疾病預(yù)測模型、優(yōu)化治療方案、實(shí)現(xiàn)個(gè)性化醫(yī)療。例如，基于大數(shù)據(jù)的腫瘤精準(zhǔn)治療平臺，可以根據(jù)患者的基因組信息和臨床特征，推薦最合適的治療方案。
4 ?未來展望
未來，數(shù)據(jù)科學(xué)將成為醫(yī)學(xué)研究的重要組成部分。醫(yī)師不僅需要掌握傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)技能，還需要具備數(shù)據(jù)分析和人工智能應(yīng)用的能力。醫(yī)學(xué)教育也需要相應(yīng)調(diào)整，培養(yǎng)更多跨學(xué)科人才。其次，隨著數(shù)據(jù)在醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用日益廣泛，數(shù)據(jù)隱私和倫理問題將變得更加重要。如何在保護(hù)患者隱私的前提下充分利用數(shù)據(jù)資源，是未來需要解決的關(guān)鍵問題。此外，生成式人工智能大模型將繼續(xù)推動(dòng)醫(yī)學(xué)研究的變革。這些模型在未來可能會(huì)具備更強(qiáng)的推理能力和創(chuàng)造性，甚至能夠自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、提出科學(xué)假設(shè)，賦能臨床醫(yī)師。
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