自2004年陈竺院士在中国东方论坛上首次提出系统生物医学新理念以来，系统生物医学教育部重点实验室从2005年正式挂牌筹建，并于2009年通过教育部验收。作为一个整合型的大科学，系统生物医学利用数、理、化、工程、信息学和生物学、医学等多学科交叉、融合的优势，利用获得的生物大数据，对生命科学的基本原理、疾病发病的机理开展系统研究，发现疾病早期诊断的生物标志物和基于发病分子机制的药物作用靶标，促进以治疗医学为主的医疗模式向以“预测医学”和“预防医学”为主要内容的新医学模式的转变，并满足个体化医疗诊治的需求；这不仅可导致疾病诊断、分型的新方法出现，而且将为制药工业提供新的药物开发的有效途径，为疾病治疗提供新的手段，从而推动“精准医疗”的发展。系统生物医学实验室的发展目标是：以重大医学需求为导向，以系统生物学研究策略和方法为基础，大力推动基础研究与临床医学相结合的转化医学和精准医学研究，不断提升疾病预防、诊断和治疗技术及药物开发的创新能力，建设成为兼具研究与开发功能的国际一流生物医学研究机构。实验室研究特色鲜明、定位准确，形成了肿瘤(尤其是消化道肿瘤)系统生物医学和转化医学研究、复杂性疾病（如代谢性疾病、神经变性疾病等）系统生物医学和转化医学研究、系统生物医学和转化医学相关理论和技术研究、有效中医药的系统生物医学治疗机制研究的四个研究方向。实验室现有固定科研人员62人，其中74%以上的研究人员拥有海外工作经历，正高26名，副高16名。流动人员14名。实验室人才计划包括院士2人，长江学者2人，国家杰青获得者6人，中组部“千人”2人，“青年千人”2人，国家自然科学基金委优青基金获得者2人，上海市“千人”1人，上海市优秀学科技术带头人5人，上海市领军人才1人，教育部“新世纪优秀人才支持计划”8人，上海市东方学者特聘教授3人，“上海市青年科技启明星”2人，上海市“曙光学者”2人，上海市“教育系统科研新星”1人，浦江人才计划资助14人。40岁以下科研人员35人，占比56%，其中包括课题组长11人，形成年轻化、国际化和多学科交叉的科研骨干队伍。实验室目前在研项目总经费合计1.59亿，承担国家重点研发计划、国家重大专项（子课题）、国家自然科学基金重点项目、科技部重点研发计划、上海市科委重点基础研究项目、重大横向项目（≥500万）共计17项。实验室近5年来共发表SCI论文385篇，包括在Cell、Science、Gut、Molecular Cell、Nucleic Acids Research、Nature Communications、ACS NANO等杂志以第一单位发表高水平论文；近5年获得专利授权共计78项，其中国际专利2项；近5年获得教育部国家自然科学一等奖2项、上海市自然科学一等奖1项。实验室未来预期的医学成果包括发现肿瘤癌变的早期诊断指标和检测方法，发现新的药物靶点和作用网络机理，为到2030年将上海肝炎的发生率、肝硬化的进程以及肝癌的死亡率降低70%做出贡献；加强具有自主知识产权和应用价值的研究成果转化，筛选出基因靶向治疗的药物用于临床研究；加强具有自主知识产权和应用价值的单分子操纵、单细胞分析的方法和技术的研究；采用系统生物学、组学的技术推荐中医药现代化，在阐明中医药传统理论方面取得实质性突破。
