摘要：近日，人类细胞谱系大科学研究设施在广州启动建设。这一设施是国家“十四五”重大科技基础设施，建成后，有望将人体每一个细胞的全生命周期动态演化过程进行数字化刻画，打造研究人类发育、疾病、衰老的“国之重器”。

近日，人类细胞谱系大科学研究设施在广州启动建设。这一设施是国家“十四五”重大科技基础设施，建成后，有望将人体每一个细胞的全生命周期动态演化过程进行数字化刻画，打造研究人类发育、疾病、衰老的“国之重器”。

人类细胞谱系大科学研究设施（效果图）

基于高质量规模化的细胞谱系数据，未来人类细胞谱系大科学研究设施还将打造跟真人一样能呼吸、会试毒试药、可以新陈代谢的数字生理人。

在医学研究的漫长历史中，动物实验一直是不可或缺的环节。然而，随着数字生理人技术的快速发展，一场静悄悄的革命正在医学界酝酿。这项技术不仅有望大幅减少动物实验，还将通过预演不同治疗手段在“数字患者”体内的治疗效果，为精准医疗和个性化治疗开辟新的道路。

让我们一起来看看这项正在重塑医学研究范式的前沿技术，以及中国在这一领域的创新成果。

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数字生理人的优势

传统动物实验在医学研究中一直扮演着不可或缺的角色，但其局限性日益凸显。根据2024年6月13日发表在PLOS Biology上的一项系统性回顾研究显示，动物实验结果到人体临床应用的转化过程中存在显著衰减。从效率上看，只有约50%的动物实验疗法能够进入人体研究阶段。从时间成本和预测效度方面看，动物研究到首次人体试验的中位时间为5年，到获得监管批准需要10年，同时严格控制的实验室环境反而可能降低结果的外推性。这些因素都凸显了传统动物实验模式的局限性。

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年2月8日，在哈尔滨工业大学生命科学中心实验动物平台，工作人员观察小鼠。新华社记者 谢剑飞 摄

数字生理人技术的出现，为解决传统医学研究中的诸多问题，提供了新的可能性。根据澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）2025年1月30日公开的研究成果显示，数字生理人通过整合生物化学、力学和生理反应等多维数据，能够实时模拟人体的动态生理状态。这些虚拟模型允许研究人员在不依赖动物实验的情况下，测试药物的安全性和有效性，从而优化治疗方案并降低实验风险。通过这种方式，数字生理人技术不仅加快了药物开发进程，还显著减少了实验成本和伦理争议。

在实际应用中，数字生理人技术同样展现出巨大潜力。中国科技新闻学会元宇宙科技传播专委会主任委员杨溟在接受采访时表示，数字生理人的发展得益于环境传感器、摄像机视觉、增强现实和虚拟现实以及机器学习和人工智能的进步。虚拟临床试验利用数字生理人模型模拟患者对实验性药物的反应，不仅减少了对大规模受试者群体的需求，还提高了试验结果的可靠性。

数字生理人技术正在推动医学研究从传统模式向精准、高效、个性化方向转型。通过结合实时数据和先进计算模型，这项技术为解决动物实验局限性提供了切实可行的替代方案，并为未来医疗创新开辟了全新的可能性。

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个性化数字孪生

数字生理人技术的一个重要应用是创建个人化的“数字孪生”。这种高度个性化的虚拟模型可以精确模拟个体的生理特征和疾病状态，为精准医疗提供强有力的支持。具体而言，这些虚拟模型结合了患者的遗传、生活方式和实时生理数据，能够全面模拟个体的健康状态和疾病进程。北京理工大学特聘教授，博士生导师杨健表示，通过创建患者个性化的数字化模型，研究人员能够模拟个体对不同治疗方案的反应，从而优化药物剂量和治疗策略，帮助医生预测患者对药物的反应并制订更精准的治疗计划。“数字孪生技术正在彻底改变我们理解和治疗疾病的方式。它使我们能够在数字环境中模拟和生成无数种治疗方案，给出最适合患者的个性化治疗策略。”

在癌症治疗领域，数字孪生技术展现出显著的应用潜力。根据英国癌症研究机构Concr与皇家马斯登医院合作的研究，科学家们利用FarrSight-Twin技术创建癌症患者的数字孪生模型，以预测患者对化疗、免疫疗法或靶向治疗的反应。这些模型通过整合基因组、转录组和临床数据，以及肿瘤组织切片和影像数据，能够模拟肿瘤细胞行为，并帮助医生选择最适合患者的治疗方案，从而减少试验性治疗带来的副作用，并提高治疗成功率。

“虚拟临床试验不仅能够加速药物研发进程，还能够帮助我们更好地理解药物在不同人群中的作用机制。这将为开发更安全、更有效的药物奠定基础。”Concr联合创始人兼首席科学官Uzma Asghar博士表示。这项技术已经被用于早期药物开发阶段，通过反复模拟不同治疗方案，为患者提供个性化医疗支持，同时优化新药组合研究。

数字生理人的肺（左）和心脏（概念图）。

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中国数字人产业蓬勃发展

中国在数字人技术领域的发展势头强劲。据中国互联网协会等单位编写的《中国数字人发展报告(2024)》显示，2024年是数字人全面应用突破之年，预计2025年中国数字人带动产业市场规模和核心市场规模分别可达到6402.7亿元和480.6亿元。目前，我国数字人的数量日益增多，应用种类日益丰富，从“玩”到“用”，从生产到生活，应用领域正在向社会的方方面面加速拓展。数据显示，目前我国与数字人相关的企业达到114.4万家。2025年1月至5月，新增注册数字人相关企业17.4万余家。从行业分布来看，文化、体育和娱乐业，信息传输、软件和信息技术服务业合计占比超6成。

具体到数字生理人技术方面，中国的发展也取得了重大突破。2025年3月25日，中国科学院广州生物医药与健康研究院正式启动建设国家“十四五”重大科技基础设施——人类细胞谱系大科学研究设施。该设施将以样品保活存储、空间多组学、先进成像等创新技术和装置研发为核心，集成人工智能等前沿技术，绘制涵盖发育、疾病、衰老三大维度的动态细胞图谱。

“这就像为生命编写一部详尽的‘细胞家谱’，让科学家乃至公众能够清晰追踪每个细胞的‘前世今生’。”广州健康院副院长、细胞谱系设施总指挥兼总工程师孙飞表示。

据研究人员介绍，未来可以利用患者的细胞信息，在数字世界打造出跟真人一样能呼吸、会新陈代谢、可以试毒试药的“数字患者”，预演不同治疗手段在体内的治疗效果，实现“量体裁衣”式的精准治疗。这将大大提高新药研发的成功率，降低研发成本和周期。

此外，这一设施的建设将在生命科学仪器、试剂、软件和数据等方面产出一批创新性科技成果和产品，并进一步强化AI与数据资源整合，与龙头企业开展深度合作，加速科研成果向临床应用转化。

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数据安全与隐私保护

尽管数字生理人技术前景广阔，但其发展也面临着一系列伦理挑战，其中最突出的是数据安全与隐私保护问题。

该技术依赖于大量个人健康数据，这些数据的收集和使用必须经过严格的知情同意过程。2024年3月，科学期刊《自然》旗下期刊发表的文章“健康数字孪生：范围审查”指出，知情同意不仅仅是患者签署文件的形式性要求，还需要确保患者充分理解其数据的用途、风险和潜在收益。这包括向患者清楚地解释数字孪生模型如何基于其个人数据创建，并可能用于预测疾病或优化治疗方案。

此外，数据所有权是一个复杂的问题，涉及谁拥有这些数据以及如何使用。患者应有权控制自己的健康数据，包括决定是否允许第三方访问或使用这些数据。透明的数据管理和明确的数据使用协议是解决这些问题的重要条件。

就此，杨溟表示：“我们必须在技术创新和伦理规范之间找到平衡。数字生理人技术的发展不能以牺牲个人隐私为代价。我们需要建立一个伦理框架，为这项技术的健康发展提供指导。” 他认为这个框架应至少涵盖三个方面：一是建立国际化的标准，要确保不同国家和地区的数据保护法规能够协同工作；二是吸取人工智能发展的经验，框架的算法设计和决策机制要透明，避免隐性偏见或歧视；三是参与设计与讨论的范围尽可能地广泛，应让社会各界共同讨论技术的伦理影响。

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走向”数字医学”新纪元

数字生理人技术的发展正在推动医学研究进入一个全新的时代。据大视野研究有限公司（Grand View Research）预计，数字孪生技术在医疗领域的应用将以25.9%的年复合增长率增长，到2030年成为一个重要市场。考虑到复杂性、变化性和可能的监管要求，全身数字孪生的普及可能需要10年以上的时间，但个体器官的数字孪生（如心脏和皮肤）已经显示出显著潜力。这些技术将推动精准医疗的发展，包括个性化治疗计划和优化药物开发。

杨健表示：“数字生理人技术正在重塑医学研究的范式。它能够帮助我们更好地突破复杂人体对药物的反应作用，理解‘药品-疾病-患者’的三重耦合关系，进而为个性化精准治疗提供强有力的理论与实践支持。我相信在未来，‘数字医学"’将成为医学发展的核心方向之一。”

从解决动物实验的局限性，到推动精准医疗和个性化治疗的发展，再到革新药物研发流程，数字生理人技术展现出了改变医学研究范式的巨大潜力。中国在这一领域的快速发展和创新，特别是人类细胞谱系大科学研究设施的建设，为全球数字医疗技术的进步注入了新的活力。尽管在伦理和技术方面仍面临诸多挑战，但随着研究的深入和技术的不断完善，数字生理人有望成为推动医学进步的重要力量，为人类健康事业的发展做出重大贡献。

来源：晚晚的星河日记一点号