天才少年的驚人發(fā)明

韓學(xué)瑋

單一招攻克醫(yī)學(xué)難題

2007年，世界三大著名男高音之一的意大利歌手帕瓦羅蒂因患胰腺癌不治辭世，這距離他病情確診不過(guò)短短一年時(shí)間。2009年，曾主演《人鬼情未了》的美國(guó)演員帕特里克?斯威茲在力抗胰腺癌1年半后，與世長(zhǎng)辭。2011年10月，蘋果教父喬布斯結(jié)束了與胰島細(xì)胞癌（胰腺癌中罕見的一種）病魔長(zhǎng)達(dá)8年的抗?fàn)?，也結(jié)束了他一生的傳說(shuō)，留給“果粉”們無(wú)盡的傷痛。

素有“癌中之王”稱號(hào)的胰腺癌堪稱人類健康的一大殺手，它的特點(diǎn)是：早期發(fā)現(xiàn)困難，晚期難以治愈，由確診到發(fā)病周期短，患者生存率非常低。中國(guó)協(xié)和醫(yī)科大學(xué)的一項(xiàng)研究表明，胰腺癌的死亡和發(fā)病之比為0.99∶1，即患胰腺癌后99%的患者會(huì)死亡。中國(guó)的統(tǒng)計(jì)顯示，胰腺癌患者5年生存率小于1%。如何在癌細(xì)胞擴(kuò)散之前診斷出病人是否患有胰腺癌，這是醫(yī)學(xué)界亟需攻克的一大難題。

令人震驚的是，15歲的美國(guó)少年杰克?安卓卡（Jack Andraka）最近告訴人們說(shuō)，這個(gè)問(wèn)題很簡(jiǎn)單。在糖尿病試紙的基礎(chǔ)上，他發(fā)明了一個(gè)簡(jiǎn)易的測(cè)量裝置，通過(guò)監(jiān)測(cè)血液或尿液中的間皮素（一種蛋白質(zhì)，常用作診斷胰腺癌的生物標(biāo)志，會(huì)大量出現(xiàn)在患者的血液中）就能診斷病人是否患有胰腺癌。

在TED紐約的全球人才搜索會(huì)上，安卓卡展示了自己的發(fā)明。將試紙事先浸染碳納米管溶液，當(dāng)碳納米管表面上的抗體與血液或尿液中的間皮素接觸時(shí)，間皮素會(huì)黏附在碳納米管上并將它們分開一點(diǎn)點(diǎn)。碳納米管是一種筒壁只有單個(gè)原子那么厚的空心圓筒，當(dāng)它們之間的距離變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生顯著的導(dǎo)電性變化，而這種變化能夠通過(guò)電表檢測(cè)到。短短的5分鐘，就可以拿到結(jié)果。這種檢測(cè)方式除了診斷胰腺癌，還能用于檢測(cè)對(duì)抗生素的抵抗力，并追蹤接受化療或放療的癌癥患者的治療進(jìn)展。

在100名患者樣本的單盲試驗(yàn)中，可以發(fā)現(xiàn)間皮素的存在，極限為0.156納克每毫升，遠(yuǎn)低于被視作符合胰腺癌的間皮素超表達(dá)（overexpression）10納克每毫升這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。這些數(shù)據(jù)足以證明這種新型檢測(cè)方式的敏感性。在選擇性方面，這個(gè)方法不存在假陽(yáng)性和假陰性之說(shuō)，可以忽略健康患者樣本以及僅僅患有胰腺炎的患者樣本，比現(xiàn)有的診斷測(cè)試高出100倍左右。

正因?yàn)榘沧靠ǖ臋z測(cè)更加敏感，能夠分辨細(xì)小的變化，才可以在癌細(xì)胞擴(kuò)散之前就發(fā)現(xiàn)間皮素的存在，這使早期胰腺癌的檢測(cè)成為可能。

現(xiàn)在醫(yī)療通用的胰腺癌診斷技術(shù)是酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)（enzyme-linked immunosorbent assay，縮寫ELISA），這種技術(shù)已約有60年的歷史了。這個(gè)老方法成本頗高，可達(dá)800美元，而每次檢測(cè)要耗費(fèi)14個(gè)小時(shí)。相比之下，安卓卡的新方法每條試紙成本3美元，可供檢測(cè)10次，他所使用的電表是在家得寶（Home Depot）購(gòu)買的50美元電表，醫(yī)生們當(dāng)然也可以輕松將這種試紙插入世界各地糖尿病患者所使用的設(shè)備中。測(cè)試只需5分鐘，準(zhǔn)確率卻高達(dá)90%，敏感度更是提高了400倍。成本、時(shí)間、準(zhǔn)確率、敏感度，無(wú)論從哪一方面比較，新的方法都高出一截，優(yōu)勢(shì)顯而易見。

憑借這個(gè)新胰腺癌診斷方法的發(fā)明，安卓卡在今年5月美國(guó)匹茲堡舉行的英特爾國(guó)際科學(xué)與工程大獎(jiǎng)賽（Intel International Science and Engineering Fair/ Intel ISEF）上拔得頭籌，獲得了大賽最高獎(jiǎng)，即高登?厄爾?摩爾獎(jiǎng)（The Gordon E. Moore Award），獎(jiǎng)學(xué)基金7.5萬(wàn)美元。該獎(jiǎng)項(xiàng)的命名是為了紀(jì)念高登?摩爾，Intel公司的創(chuàng)始人之一。

英特爾國(guó)際科學(xué)與工程大獎(jiǎng)賽（Intel ISEF）是世界上規(guī)模最大的中學(xué)生科學(xué)競(jìng)賽，又被稱為青年科學(xué)的奧運(yùn)會(huì)。每年來(lái)自各個(gè)國(guó)家的約1500名學(xué)生會(huì)帶著自己的獨(dú)立研究項(xiàng)目競(jìng)爭(zhēng)超過(guò)300萬(wàn)美元的獎(jiǎng)金及獎(jiǎng)學(xué)金，而每一位參賽者又是從自己所在國(guó)的競(jìng)賽中脫穎而出的佼佼者。

目前，安卓卡正在為自己的發(fā)明申請(qǐng)專利，并將很快通過(guò)美國(guó)癌癥研究協(xié)會(huì)（American Association for Cancer Research）提交自己的工作成果。已經(jīng)有4家公司與他聯(lián)系，商談將這一新技術(shù)商業(yè)化的問(wèn)題，其中包括探索診斷公司（Quest Diagnostics）。安卓卡還專門請(qǐng)了一位專利律師以獲取幫助。據(jù)悉，他將于6月25日在國(guó)會(huì)發(fā)言，專門探討胰腺癌所需資金的問(wèn)題。

年天才背后

新技術(shù)的出現(xiàn)，震驚了整個(gè)醫(yī)學(xué)界，也給人們攻克胰腺癌帶來(lái)了一線希望。當(dāng)這種新的檢測(cè)技術(shù)通過(guò)重重關(guān)卡正式應(yīng)用于臨床后，無(wú)疑會(huì)給廣大確診胰腺癌患者以及潛在患者帶來(lái)極大的福音。據(jù)估計(jì)，今年美國(guó)將會(huì)有約4.4萬(wàn)人確診胰腺癌；將近3.7萬(wàn)人會(huì)死于胰腺癌。在患者中，94％將死于確診后5年內(nèi)，74％則會(huì)在第一年內(nèi)死亡。而根據(jù)美國(guó)癌癥協(xié)會(huì)和美國(guó)國(guó)家癌癥研究所的統(tǒng)計(jì)，胰腺癌在所有的癌癥種類中是相對(duì)存活率最低的，它也是美國(guó)第四大致命病因。

安卓卡的伯父就死于胰腺癌，而且是直到癌細(xì)胞擴(kuò)散后才被發(fā)覺患病的?！拔覍?duì)癌癥的早期診斷很感興趣是因?yàn)槟鞘侵委煹淖罴褧r(shí)機(jī)，”他說(shuō)，“唯一的實(shí)用方法就是通過(guò)定期的血液檢測(cè)，這也是我提出了這種想法的原因?！?/p>

杰克?安卓卡是馬里蘭州克朗斯維爾北縣高中（North County High School）的高一新生。這位科學(xué)少年出生于1997年，從3歲起就開始了對(duì)物質(zhì)世界的探究。安卓卡的父親是一位土木工程師，在他上小學(xué)時(shí)，就給他和他的哥哥買了一個(gè)有流水的河流模型。兩個(gè)男孩會(huì)將各種泡沫船和物體丟進(jìn)河流中，觀察哪些東西會(huì)沉，不同的物體又是如何阻礙水流。迷上生物熒光細(xì)菌后，他利用家里車庫(kù)中那個(gè)裝滿“所能想象的各種鋸子”的木工作坊，造了一個(gè)箱子來(lái)測(cè)試熒光細(xì)菌在不同的刺激下如何發(fā)光。

安卓卡曾經(jīng)研究過(guò)很多項(xiàng)目，比如安全改進(jìn)引發(fā)溺水事故的低水頭大壩，用發(fā)光細(xì)菌檢測(cè)水中的毒素，研究納米顆粒對(duì)其他大顆粒的影響。憑借這些項(xiàng)目，他在六年級(jí)時(shí)第一次參加了國(guó)際科學(xué)競(jìng)賽并拿回了銀牌，之后在七年級(jí)、八年級(jí)和九年級(jí)時(shí)都贏得了金牌。

安卓卡全面發(fā)展，興趣廣泛。他修習(xí)各種課程，比如一些大學(xué)預(yù)修課程及微積分入門課程、英語(yǔ)和西班牙語(yǔ)二級(jí)課程。不學(xué)習(xí)的時(shí)候，則會(huì)參加奧數(shù)競(jìng)賽，他還是全國(guó)初中白水漂流隊(duì)的成員，并在西弗吉尼亞州的奇特河與約克加尼河上進(jìn)行皮艇運(yùn)動(dòng)。

據(jù)安卓卡回憶，他的父母從未真正回答過(guò)他的問(wèn)題，反而要求“你自己去搞清楚”?！拔覍?duì)提出假設(shè)、檢驗(yàn)假設(shè)、得到結(jié)果然后再來(lái)一遍的科學(xué)方法真的很感興趣?！薄翱茖W(xué)對(duì)我而言最酷的就是你能夠影響其他人的生活?！痹谒磥?lái)，“不管進(jìn)入何種領(lǐng)域，都要確保自己有熱情，否則你就不會(huì)投入適當(dāng)?shù)呐Α！薄叭绻粋€(gè)人對(duì)自己所進(jìn)行的工作都不感興趣，那么其他人更不會(huì)有感覺?！?/p>

正是在這股科學(xué)激情的支撐下，安卓卡才收獲了豐碩的果實(shí)。曾經(jīng)，在為了研究碳納米管試紙而尋找實(shí)驗(yàn)室時(shí)，他遭到了將近200名研究人員的拒絕，直至遇到約翰?霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Anirban Maitra教授，教授允許安卓卡使用學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室，為他提供了機(jī)會(huì)?！爱?dāng)一名15歲的少年一腔激情，發(fā)現(xiàn)了早期診斷方法后，你沒有道理不去對(duì)他有所回應(yīng)?！薄鞍沧靠ㄌ岢隽诉@個(gè)想法，我認(rèn)為他年僅15歲這個(gè)事實(shí)使這個(gè)發(fā)現(xiàn)更加引人注目?！?/p>

根據(jù)初期的數(shù)據(jù)資料，這種新的檢測(cè)方法已被證明能夠成功的診斷人是否患有胰腺癌。要想獲得進(jìn)一步發(fā)展，下面則要通過(guò)臨床試驗(yàn)來(lái)向官方證明該方法的可行性，在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，胰腺癌患者的病情將要受到監(jiān)控，以確認(rèn)這個(gè)方法在實(shí)際應(yīng)用中區(qū)分陽(yáng)性患者與陰性患者的敏感度和準(zhǔn)確性是否有效。

現(xiàn)在，安卓卡將繼續(xù)推動(dòng)自己的突破性試驗(yàn)，他表示這個(gè)試驗(yàn)將在幾年內(nèi)“完全取代酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)”。他想探索如何在一張?jiān)嚰埳戏胖枚喾N抗體，以便在血液中檢測(cè)出多種引起反應(yīng)的物質(zhì)。

作為一名學(xué)生，安卓卡“希望”自己能完成高中的學(xué)業(yè)，獲得的獎(jiǎng)金也將用來(lái)攻讀大學(xué)。如果自己現(xiàn)在就組建公司來(lái)將碳納米管試紙商業(yè)化，那他將暫時(shí)擱置高中學(xué)業(yè)。

年一小招，文明一大步

13歲美國(guó)少女：治打嗝的棒棒糖

美國(guó)13歲女孩馬洛里?基夫曼發(fā)明一種治打嗝的棒棒糖，并以此為契機(jī)涉足商界，當(dāng)上自創(chuàng)公司的首席執(zhí)行官（CEO）。經(jīng)實(shí)際測(cè)試，只要含著這種棒棒糖，打嗝癥狀會(huì)得到緩解。

7歲加拿大少年：提高互聯(lián)網(wǎng)搜索敏感度

17歲加拿大少年席夫爾(Nicholas Schiefer)開發(fā)了一個(gè)模型，用來(lái)提高互聯(lián)網(wǎng)搜索引擎的能力，能夠顯示微小的內(nèi)容變化，比如tweets或Facebook上的狀態(tài)變動(dòng)，借此他獲得了2012年大賽的亞軍獎(jiǎng)項(xiàng)英特爾基金會(huì)青年科學(xué)家獎(jiǎng)。

5歲美國(guó)華裔少女：利用光能激活藥物

15歲美國(guó)華裔少女喬紫薇（Amy Chyao）發(fā)明了一種新型癌癥治療方法，利用光能激活藥物殺死癌細(xì)胞。

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來(lái)自巴勒斯坦的兩位14歲少年Asi l Shaar和Nour Alarda為盲人發(fā)明了探測(cè)障礙物的手杖。這款由當(dāng)?shù)厮赡局谱鞯氖终扔袃蓚€(gè)可向前、向下掃描的紅外傳感器，以探測(cè)地形的變化并幫助使用者“看到”前面的障礙物。