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未来星分享 | 科研小白如何进行实验设计? 2020-07-09
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一切推理都必须从观察与实验得来。

— 伽利略 —


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本文作者:那些年的阿司匹林

北京天坛医院神经外科专硕在读。在一个温馨、实力雄厚的科研团队,从一名科研小白慢慢成长起来。目前SCI已发3篇(影响因子最高4.0),在投3篇(影响因子最高5.6),4项专利在申请,已授权2项。

本文作者独家授权,转载请注明。


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科研,越早想清楚越有利


对于大多数医学生来说,无论专硕还是学硕,都逃不过开题、毕业设计、结题等。而开题的内容直接关乎到研究生三年的学习成长,以及能否将课题设计转化为相应的科研成果、SCI论文、核心期刊,或者再厉害点的大牛整几个专利等等。

凭借这些科研产出的逐渐积累才能为接下来的发展提供坚实的保障。简单来说,硕士毕业后无论是找工作还是读博,有一两篇拿的出手的论文都会大大增加你的筹码。尤其随着博士选拔方式由统考逐渐被申请考核代替,科研能力往往是导师所看重的。


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选题,先尽可能了解自己专业领域的知识


一个好的科研团队都会有一个非常好的传承,团队的工作往往是延续的,进来之后就会有相应的课题任务分配,这样团队的导师往往都是大牛级别的,有充足的研究经费以及持续不断的学术传承。而对于大多数的同学而言,往往需要自己选题。

所以,我们准备研究的内容肯定要和导师的专业相关。比如我导师是做垂体瘤相关研究的,之前的师兄们也都是做的垂体瘤的基础研究,所以我的研究方向大致也是这个领域。

再此基础上,找到一个新颖独特的选题角度则是至关重要的。这需要我们尽可能的了解自己相关专业领域的知识,既要有一定的临床意义及可行性,还不能是前人已经研究明白的。这里说的并不包括前人研究过但没有明确解决的问题。

那么,如何发现临床问题进而选择合适的课题呢?

以我自己为例,老板的专业领域是脑肿瘤,以垂体瘤为主,对于我选择垂体瘤而言,老板能够提供足够的组织样本及临床数据,这也是老板经常说的“研究的东西要有一定的可控性”。

然后,我去了解专业领域所欠缺或未解决的临床问题。以下是我的了解过程,接下来的实验设计选题均从这些信息展开。

查阅相关资料后,我初步了解到垂体瘤的生物学特性,垂体瘤是一种良性肿瘤,发病率占颅内肿瘤的第三位(前两位分别为胶质瘤及脑膜瘤)。垂体瘤起源于垂体前叶,垂体前叶合成和分泌参与调控人体的多种激素,所以很多的垂体瘤患者会有相应的激素水平的变化,比如生长激素腺瘤患者生长激素分泌过度,会引起身体过度发育,导致肢端肥大;还有泌乳素瘤患者,引起女性患者的停经泌乳等。但是也有一部分的肿瘤不会引起相应的内分泌改变,称为无功能腺瘤,这一类的肿瘤由于引起占位效应而引起相应的临床症状,例如头痛,压迫视神经引起视力下降等。虽然说垂体瘤是一种良性肿瘤,但是有百分之四十左右的瘤子表现出侵袭性生长,瘤子可以侵袭周围的组织血管,比如侵袭海绵窦及颈内动脉,给手术带来难度,包绕血管的瘤子往往切不干净,残留的肿瘤会再次复发。但是有的瘤子就很乖,生长缓慢,也不会影响周围的组织,这样的常规肿瘤往往可以通过手术全切而达到临床治愈。

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选自本人已发论文


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不同选题角度可行性分析


从基础的角度选择可以选择研究不同类型的肿瘤激素表达变化,从而寻找引起特定的功能性肿瘤的发病机制。比如,我们团队一个老师专门做泌乳素瘤发病机理,经过测序和基因功能验证发现一个一起泌乳素瘤发病的一个突变基因,然后就发了篇Nature子刊。这是从发病机理切入研究点,临床意义是找到相应的致病基因,从而干扰掉,那以后进入药物临床阶段,这种肿瘤便可以通过吃药来根治了。

还可以从肿瘤的生物学特性来切入。刚才提到肿瘤的侵袭性,侵袭性肿瘤影响患者的预后,但是肿瘤在初期的时候,瘤子比较小,未引起明显的临床症状,手术指征不明确,这个时候就有一个关键性的问题,如果是侵袭性的瘤子,短期内它会继续生长,压迫周围的结构引起临床症状,侵袭重要的血管对手术造成一定的难度,所以侵袭性垂体瘤的早期诊断是目前研究的难点。那么从这个角度来讲的话,研究影响肿瘤侵袭性的致病基因对于侵袭性垂体瘤的早期诊断具有极大的临床意义。剩下的东西就是成套路的了,如何去寻找合适的基因,接下来需要做什么实验来验证你的观点。

这里简单介绍一下基础实验的设计与选题,刚才说到肿瘤生物学特性,有些瘤子易侵袭,那我就想研究引起肿瘤侵袭的原因,检索相关文献进行学习后发现,垂体瘤目前已发现许多的致病基因,比如PTTG,Pit1等,但都没有一个明确的定论,所以可以从基因学的角度去考虑问题。

那么问题来了,有那么多的基因我该如何进行选择呢,有编码蛋白的功能基因,也有影响基因调控的小分子,比如转录因子,microRNA等,还有许多基因的突变位点影响肿瘤的变异。现在有两条方式,课题组有钱的话就去做测序,没钱的话就去猜,当然不是漫无目的的猜。

测序的话就简单了,现在二代,三代测序技术都很成熟,有基因测序、转录组测序、单细胞测序等等,我想从功能基因入手,所以选择了转录组测序,送检了侵袭性的肿瘤与非侵袭性的肿瘤,然后找差异性基因。

没钱的话那就猜喽,可以平行借鉴已发表的在其他肿瘤里报道的影响肿瘤生物学特性的基因,然后套用到你的瘤子里,这里可能要通过生信分析,找几个目标基因,然后通过实验验证在你研究的肿瘤里是否表达存在差异,差异明显就可以作为你研究的备选基因。基因选择确定了接下来就是具体的实验设计,这里先不展开说,只讲思维,方法以后再讲。

上面是从基础的角度来分析问题,接下来从临床的角度进行选题,已知内容还是以上那些信息。现在考虑肿瘤的治疗方式,以及相应的治疗方式会带来什么样的问题,然后我们应该怎样去解决这些问题。  

首先是手术方式对于疾病治疗效果的影响。一般情况下,垂体瘤通过手术是可以根治的。手术方式又有很多种,如开颅手术、显微经蝶手术、内镜经蝶手术,其中显微经蝶手术和内镜经蝶手术都是经鼻入路的微创手术。

这么来看就有的写了,关于手术方式的选择,什么样的瘤子适合什么样的手术入路,患者预后怎样,术后并发症那个更少,这样横向对比手术方式对于肿瘤的治疗效果。

第二,我们考虑手术并发症所带来的临床问题。所有的手术都会有许多相应的手术并发症,我们从相应的弊端入手来发现和解决问题,比如开颅手术颅内感染的机率就大,经蝶手术容易引起脑脊液漏,从这些问题出发,比如脑脊液漏的,就可以考虑分析引起脑脊液漏的原因、肿瘤的类型、质地、大小、位置、患者的年龄、性别、体重、BMI等等,这些就是一个很好的选题及立脚点。

除此之外,还可以引入新技术的概念来进行选题设计,比如一个新兴的手术方式或者某项手术器械的新用途对于治疗某种疾病的效果,做一个前瞻性的分析。

再次,还可以从疾病本身的角度来分析选题。比如肿瘤的复发因素分析,什么肿瘤容易复发、影响复发的因素有哪些,这可以涉及到患者的基本信息,包括性别、年龄、肿瘤大小、手术方式、是否侵袭、是否残留等等。但是要记住,无论分析什么数据,总要有1个或多个是有统计学差异的,这样的研究才有意义。

第四,选题设计角度可以涉及到疾病的诊断及鉴别诊断。有些肿瘤或者其他疾病可以通过影像学或者相应的分子标志物来确定疾病的类型,良性或者恶性程度,当然最终的诊断肯定要依靠病理学诊断。我们要做的是什么呢?最简单的,了解同一部位好发疾病的种类,举例来说,垂体瘤发病于人体的鞍区,在这个部位还容易有什么其他的疾病吗?有的,而且许多还容易混淆,比如颅咽管瘤,拉克氏囊肿,鞍区脑膜瘤,脊索瘤,垂体细胞瘤,垂体癌等等,常规而单纯的诊断与鉴别诊断肯定没有新意,也没有研究的价值,但是,选几个新的角度在合并诊断与鉴别诊断就可以了。

比如,我们可以进行罕见病的报导,如鞍区罕见疾病垂体细胞瘤,起源于垂体柄及垂体后叶,而垂体瘤是起源于垂体前叶,这个并异常罕见,检索文献发现,目前已报道的病例数大致200例左右,所以,如果发现一例这个病可以当做罕见病报导,然后讨论里再涉及鞍区疾病的鉴别诊断,这也是个不错的方式。

最后,就是从诊断的新技术入手。比如现在流行的人工智能、深度学习,我们通过建立模型进行机器学习,训练它的敏感度,然后再去检验它的准确度,只要准确率在60%以上就能说明模型有意义,如果能提高80%就是相当好的了。前面说了脑脊液漏,通过分析临床数据来讨论影响脑脊液漏的因素,这里将那些影响因素量化成可以评估的数据模型,比如影像学,我们这里有一个临床上已知的结论,就是鞍上型的肿瘤进行经鼻内镜手术时容易漏,那么我们就可以建立一个模型来识别哪些肿瘤是鞍上型的,这是最基本的,然后具体的指标根据实验设计在进行细化。

以上每一种实验设计都可以以小见大,这里只是简单分享科研思维方式。每一项又可以具体细化,那就是详细的实验设计了,这里先讲科研思维,有机会继续细化,包括如何通过临床现象发现问题,然后解决问题,进而如何将成果转化,包括申请专利等。敬请关注以后的更新。

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05月07日

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