“建立未來產業投入增長機制，培育生物制造、量子科技、具身智能、6G等未來產業”，2025年政府工作報告中，首次將生物制造列為未來產業之一。

細胞是生命最基本的單位，人體約由40萬億細胞組成，我們能否利用前沿技術，制造細胞、造福患者，在生物制造這一前沿領域，拔得頭籌?

生物醫藥是上海三大先導產業之一，2024年產業規模已超9800億元。正在打造全球高地、力爭2025年產業規模破萬億元的上海，在生物制造這一前沿領域已悄然“策源”，跟隨科技工作者的研究，一起去探尋生物制造的密碼。

在實驗室“種”細胞

現場直擊：用“種子細胞”種出“人工肝”

走進位于上海市嘉定區的微知卓生物科技，一條像“種糧食”一樣“種細胞”的生產線，正穩定運行著。

通過科研工作者的手，臍帶細胞重新復蘇，通過來自中國科學院分子細胞科學卓越創新中心的肝細胞轉分化核心技術，就能變成一顆顆“種子細胞”。在無菌的環境下，工作人員對這些“種子細胞”進行擴增，最終得到10的十次方級別的肝臟細胞，均勻地分布在一次性罐子中。

科研工作者在實驗室進行肝臟細胞擴增。(受訪者供圖)

這百億級的細胞，如果凝結在一起，大約有人類肝臟的十分之一那么大。可是，這樣100多克的“人工肝”，卻將成為不少肝衰竭晚期、又等不到肝源患者的希望。

就像“腎透析”一樣，這套融合了生物細胞與機械裝置的生物人工器官，可以為肝衰竭病人提供十個小時左右的“肝外掛”，讓病人的肝得以“喘息”和再生，挽救他們的生命。近期，這套系統在浙江大學附屬邵逸夫醫院成功救治了一名不到20%殘肝的術后肝衰竭患者，使得病人最終避免肝移植。

嘉定的這條生產線，是首條用于生物人工肝的轉分化肝細胞研發與生產線。歷經系統與嚴謹的臨床前研究，于2022年正式獲批進入臨床試驗階段，如今已進入II期臨床試驗，也因此成為目前國際上研發進展最為迅速的生物人工肝系統，讓“細胞制造”這一前沿領域真正邁向產業化。

專家解密：中國醫學科學院生物工程研究所副所長黃鵬羽

高等生命體由無數細胞有序構筑而成，這些細胞組裝成身體中如精密零件般的器官。然而正如機械會磨損，器官也會損耗、故障，需要及時修復與更換。這就如同維修機器，我們同樣面臨替換“零件”與“材料”的需求。而可替代的細胞或器官，正是實現這一目標的關鍵。

作為基礎構建單元的“種子細胞”，成為數百年來科學界持續探索的核心技術，也是實現組織再生與器官再造的基石。正因如此，近年來逐步興起的細胞制造產業，已被視為生物制造領域最具前瞻性的方向之一，并有望重塑未來人類醫療與健康的格局。

1951年，美國約翰·霍普金斯大學醫院從弗吉尼亞州一位煙草農戶家的黑人女性體內分離出子宮頸癌細胞，成功培養出第一株人類細胞系——海拉細胞，自此深刻改變了醫學研究的模式。然而，這類腫瘤細胞僅能用于科學研究，無法用于臨床治療。

而另一方面，人類正常的體細胞通常難以在體外持續培養。絕大多數人體細胞一旦離開機體環境，便會迅速走向衰老與死亡，這幾乎被視為生命科學中的基本定律。一個重要的轉機出現在2007年，諾貝爾獎生理學或醫學獎得主，日本京都大學的山中伸彌帶領團隊將胎兒成纖維細胞改造成為多能干細胞。這類細胞不僅能在體外大量擴增，更具備分化為幾乎所有細胞類型的能力，由此成為了再生醫學中種子細胞制備的底層技術。

但是，細胞制造的路徑，從來不是僅此一條。多能干細胞技術對技術要求極高、生產周期長、成本也十分昂貴。中國科技工作者一直希望能找到一種更快速、簡便且低成本的細胞制備方法。最終，我們成功將人的皮膚成纖維細胞直接轉化為功能成熟的肝細胞，并建立了使這類轉化肝細胞實現大規模擴增的培養體系。

肝臟疾病是嚴重威脅中國民眾健康的重大公共衛生問題。大量重癥肝衰竭患者急需肝移植手術延續生命，然而器官供體的來源極為有限。目前，中國肝臟移植的供需比例約為1:7，嚴峻的現實促使我們尋找新的治療路徑。那么，通過轉分化技術獲得的肝細胞，能否改變這一困局呢?

事實上，許多急性肝衰竭患者的肝臟仍具備自我修復的潛力，器官功能并未完全喪失，只是暫時“停工”。然而，人體不同于機器，關鍵器官一旦暫停工作，即便時間短暫，也可能導致不可逆的生命流逝。基于此，我們設想出利用轉分化技術制備的功能性肝細胞，在體外構建一種生物型人工肝臟。讓患者的血液流經該裝置，經其解毒、代謝等處理后再回輸體內，相當于在體外建立起一個臨時而功能完備的“肝臟替代系統”，為患者自身肝臟的修復爭取寶貴時間，也為等待肝移植的患者架起一座生命之橋。

而今，細胞制造技術的迭代之路遠未停止。成熟的成體細胞通常難以在體外擴增，但如果我們能夠將其“返程”為具備快速增殖能力的祖細胞，亦即逆轉發育時鐘，便有望開啟功能性細胞規模化制造的新路徑。

未來，在生產線上，用自動化的方式，更加簡潔、經濟、高效的“制造”出細胞，是否能成為生物制造領域下一個關鍵轉折點?我們期待看到，細胞制造技術的原始創新突破，最終能走向規模化的生產，成為更多患者的生命選擇。

用計算機“造”細胞

現場直擊：用超算為蛋白質拍“電影”

走進位于上海市靜安區的思朗科技，四臺“天穹”科學計算機日夜運轉，正為全球數百位科學家提供更為精準的“眼睛”。

曾幾何時，即便是借助世界上最先進的顯微鏡，人類也看不清蛋白質的結構。給一種蛋白質拍“照片”都何其艱難，更何況是要給蛋白質拍“電影”，或者說清晰地看清楚一顆細胞的蛋白質“組合”了，更是難于登天。

“天穹”科學計算機可以為蛋白質“拍電影”。(受訪者供圖)

脫胎于中國科學院自動化所的“天穹”科學計算機，采用的是自主創新、可重構的全新架構——MaPU架構。這一萬億次代數運算微處理器，在科學計算領域展現出驚人的“算力”。

借助它，人們如此清晰地看到蛋白質的運動軌跡，看到藥物是如何在蛋白質的結構中找到“口袋”，有力結合并鉆入其中，向疾病發起“進攻”。依賴它，在國內，第一次實現了50微秒級完整新冠病毒動態構象。針對熱門的自身免疫性疾病激酶靶點，憑借它的算力，全球首次通過計算發現JAK2蛋白全新變構位點。

自2022年10月“天穹”正式工作以來，已服務國內200余位科研專家及多家創新藥企，在國際頂級期刊發表論文14篇，推動三款創新藥物進入臨床前研發階段。

專家解密：中國科學院自動化所原所長王東琳

全球來看，有一臺生物計算專用機一直是生命科學領域的頂尖科研儀器，那就是美國的“安騰”(ANTON)。依托這一儀器，已在《自然》《科學》《細胞》等國際頂刊發表論文四十余篇，兩次獲得戈登貝爾獎，孵化兩家制藥上市公司。

依賴安騰強大的計算能力，一家名為Relay的創新企業，將結果用于膽管癌靶向新藥的設計與優化，顯著縮短研發周期 ——從臨床前研究到 Ⅱ 期臨床試驗完成僅耗時18個月，一舉跨越了“十年時間、十億美元”的新藥“天塹”。

通過ANTON生物計算專用機的二十年布局，還能不斷累積蛋白質動態數據資料庫，為人工智能賦能生物醫藥提供了豐富的基礎語料。

如今，對標“ANTON”，“天穹”科學計算機歷時十余年研制，其內核、芯片、高速板卡、整機系統、工業軟件均自主研發，實現了全鏈條自主可控。

“天穹”科學計算機可喻為“數字顯微鏡”，在傳統物理儀器面臨技術瓶頸的背景下，突破性實現原子、亞原子、電子層面的動態研究，推動科學研究從“靜態觀測”向“動態模擬”的跨越。通過微觀世界動態規律的精準模擬，助力科研人員探索物質本質規律，成為支撐基礎科學突破和多領域科技進步的核心科學儀器。

蛋白質動態過程研究是生命科學領域的前沿核心。“結構決定功能”是蛋白質研究的基本理論，但受限于實驗技術手段，當前研究仍集中于靜態結構解析。以全球領先的蛋白質結構預測模型AlphaFold為例，僅能實現蛋白質靜態三維結構的預測。“天穹”科學計算機，為系統性開展蛋白質動態過程研究提供了關鍵工具。

人源蛋白共計2萬多個，其中有3000個左右的成藥潛在靶點，絕大部分是不可成藥靶點，目前美國食藥監局(FDA)批準的小分子靶標有500多個，藥物研發已基本覆蓋絕大多數的可成藥靶點。當業內人士感嘆醫藥企業“賣青苗”、很可惜時，我們能否另辟蹊徑，去尋找更多的“青苗”，找到哪怕一個中國發現的原創靶點?

答案是肯定的。基于“天穹”在生物數據上的獨特優勢，由多家國內頂尖科研機構，已經聯合發起“人源蛋白動態組學計劃”，致力于構建全球首個系統性的蛋白動態數據庫。

通過計算，我們可以看到更多蛋白質的動態過程，尋找新靶點、新機制，推動全新的藥物研發，變“不可成藥”為“可成藥”。通過人工智能和計算生物學技術構建的虛擬細胞模型，用于模擬和預測真實細胞的行為與動態過程。

再向前延伸，“天穹”能否成為一個生物領域科學數據的“制造工廠”，源源不斷當人工智能的“老師”和“眼睛”。甚至有一天，我們最終能用計算的方式，看清“細胞”?我們相信有一天，人類對蛋白質的研究，將進入真正的“電影時代”。（文：周琳、董雪）