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全面回顾:2014年全球生物医学突破进展

2015-01-05 14:34:40 来源:科技日报

遗传研究更深入掌控基因;细胞学攻克检测与治疗多项难题;脑科学研究记忆刺激技术帮助恢复记忆,发现大脑存在“意识开关”和“信息交换台”。

遗传学方面,杜克大学绘制出综合酵母菌基因脆弱位点图,而脆弱位点所在区域正是DNA复制机变慢或停顿的地方,揭示了许多固体肿瘤中基因异常的源头;冷泉港实验室发现了除X、Y染色体以外的另一种决定性别的亚基因单位,失去它果蝇会变成雌雄双性体;斯克里普斯研究所利用RNA分子首次在试管中造出具有“交叉手性”的酶,即以原始RNA链为模板复制出原版本的镜像,也可以利用镜像复制出原始RNA链。

在细胞学领域,加州大学圣克鲁兹分校开发出一种机器人式的“纳米生物间谍”,能从单个活细胞内提取出样本进行RNA或DNA测序,而不会杀死细胞;该校旧金山分校不经过诱导多能干细胞转化环节将人类皮肤细胞转化为成熟的全功能肝细胞,移植到肝功能衰竭小鼠模型体内能自行蓬勃生长;索尔克研究所通过“间接谱系转化”法将人类皮肤细胞直接变成可移植白细胞。先进细胞技术公司使用与克隆“多利羊”类似的体细胞核转移技术,在实验室中首次用成人皮肤细胞克隆出干细胞;纽约干细胞基金会研究所首次用糖尿病患者的DNA克隆出与其DNA匹配的胰岛素分泌细胞;科学家还在实验室引导人类干细胞发育成“微型胃”,具有腺体结构还能容纳肠道菌。

在脑科学研究领域,国防部先进研究项目局(DARPA)计划开展一项为期4年的记忆刺激技术研究,开发记忆植入体放入脑中帮受伤士兵或老年痴呆症患者恢复记忆;DARPA还与威斯康辛大学麦迪逊分校合作,研发出探究人脑神经结构与功能之间联系的脑研究技术;华盛顿大学发现大脑存在“意识开关”,并用电击第一次关闭了人的意识;此外多家单位研究人员还发现,脑中一个特殊部位具有信息“交换台”功能,能引导来自外部和内部记忆中的信号;塔夫茨大学成功创建出三维脑状组织模型,功能和结构特征类似于大鼠脑组织,可用于研究脑功能,开发治疗脑功能障碍新疗法。

2014年诺贝尔化学奖得主埃里克?贝齐格的团队研发出一种新型光学显微镜,能以近实时速度拍摄活细胞活动的三维高清图,跟踪观察个体蛋白质运动、受精卵发育、细胞分裂时细胞骨架的生长和收缩。

在生物医药研究方面,波士顿大学与麻省总医院共同开发出人工胰腺设备,可与智能手机连接帮助患者调节血糖,有望让Ⅰ型糖尿病患者过上正常人的生活;国家卫生院开发出自体免疫疾病新疗法,可在动物体内诱导出免疫调节细胞,有望最终攻克自体免疫疾病;伊利诺伊大学找到天然抗生素乳酸链球菌的功能结构,有望带来上千种具有医用价值的类似分子;南卡罗莱纳州立大学发现了一种给抗生素“升级”的新方法,可制造“加强版”抗生素,能使青霉素重拾昔日风采,有效抑制超级细菌。

在艾滋病、癌症和埃博拉等重大疾病研究领域,科学家完全弄清楚了艾滋病病毒表面突起的结构及其与人体细胞融合前后的动态变化,这些突起是它感染人体细胞的关键;坦普尔大学用CRISPR/Cas9基因剪辑技术首次成功地从人类细胞中彻底清除了潜在HIV-1病毒,朝永久治愈艾滋病方向迈出了重要一步;加州大学旧金山分校借助基因编辑技术,用诱导多能干细胞(iPS细胞)培育出能对抗艾滋病病毒感染的白细胞,还可以培育成其他血细胞,有望成为功能性治愈艾滋病的新方法。

哈佛大学韦斯仿生工程研究所开发出治疗乳腺癌的新方法,无需手术、化疗或放疗,能在一定程度上逆转小鼠乳腺肿瘤癌变;耶鲁大学发现了一种由海洋细菌产生的物质lomaiviticin A能通过破坏DNA的方式杀灭癌细胞;其他研究人员还发现一种生活在土壤中的致病细菌能使实验狗体内肿瘤缩小,且不会侵袭周围健康的富氧组织。

在埃博拉病毒治疗药物和疫苗研发方面,多家生物制药公司已研制出多种治疗药物,但进入市场还有待进一步临床试验;埃博拉病毒疫苗人体临床一期试验获得成功,进入二期临床试验准备。

此外还有反面消息,科学家利用在野鸭中传播的流感基因片段,制造出与“西班牙流感”极相似的致命病毒,尽管研究人员认为这有助于应对下一场流感大流行,但该实验被一些人批评为“鲁莽”“疯狂”和“危险”。

对生物医学领域的投资依然保持高位。基因研究、干细胞研究等领域成果不断,疾病研究新成果有望造福人类。

在基因研究方面,科学家首次确认一个与智力有关的特定基因,该基因变异会影响到大脑皮质厚度,进而对智力造成影响,这一发现有助于科学家更好地理解某些智力障碍背后的生物机制;推出揭示人类遗传史细节的交互式地图,系统展示了过去4000年亚非欧及南美洲95个人类族群间的基因融合史,使人们看到重要历史事件对人类遗传历史的影响;通过观察健康细胞基因组的变异过程,重建单个细胞生命史。

在合成生物学方面,英科学家和国际同行一道历时7年,用计算机模拟出酵母菌16个染色体中最小的一个染色体,标志着合成生物学向前迈出了重要一步。

在干细胞研究方面,英美科学家首次利用多功能干细胞在实验室中培养出具有功能性渗透屏障的表皮组织,可作为测试药物和化妆品的廉价替代模型,开发皮肤疾病新疗法,并有望大量生产功能性人造表皮;剑桥大学科学家发现胚胎干细胞的细胞核具有挤压收缩、拉伸膨胀的特性,有望为制造人工拉胀性材料提供替代性方法。

在疾病研究领域,诺丁汉大学科学家揭示了干扰素在免疫反应中的作用,明确了不同类型的干扰素在对抗感染时的独特生物机制,为肝炎和癌症等疾病的治疗提供了新思路;研究人员操控单个蛋白实现了老年鼠的胸腺再造,首次实现哺乳动物活体器官再生,有望为免疫系统受损和胸腺发育相关的遗传病患者提供新疗法;英美联合开发的cAd3-ZEBOV埃博拉疫苗初步通过人体测试,安全性数据令人满意。

在人工授精技术方面国际领先的英国2月公布一项草案,就“一父两母”人工授精技术的具体操作规范展开公众咨询,使得“一父两母”技术逐渐接近实用,7月开始修改法律允许“线粒体DNA置换”,也许到2016年初,首位由“三合一”胚胎人工授精技术诞生的婴儿将出世。

加拿大

研发出埃博拉病毒抗体组合,绘制出迄今最大的人类蛋白互作图谱,开发出多项癌症检测和治疗方法,对人类基因专利有效性提出质疑。

在埃博拉疫苗研究方面,加拿大公共卫生署与美国合作共享各自研制的单克隆抗体,通过试验选择了最优的抗体组合“ZMapp”,对恒河猴试验治愈率100%;基于ZMapp抗体的埃博拉疫苗在美展开一期人体临床试验;加拿大研发的VSV-ZEBOV埃博拉疫苗在瑞士日内瓦大学医院的一期临床试验暂停,因4名志愿者出现未预期的轻度关节疼痛,但该疫苗在美、加、德和加蓬展开的临床试验均正常进行。

加美合作绘制出迄今最大规模的人类基因组编码蛋白间直接相互作用的图谱,并预测出数十个与癌症相关的新基因。

麦吉尔大学发现在所有乳腺癌类型中,p66ShcA表达水平与上皮间质细胞转化基因的表达密切相关,可用作确定各种分子亚型乳腺癌预后的首选标记;此外他们还取得一项技术突破,可在类似人体条件下将长链DNA装载入调谐纳米成像室,并维持其结构不变,研究人员不用再花大量时间拼接整个基因组,使基因组分析更为简单高效,有望用于快速癌症诊断及各种产前诊断。多伦多玛嘉烈公主癌症研究中心开发出一种快速、高精度基因测试工具,可确定哪些前列腺癌患者只需手术或放疗等局部治疗即可康复,而另一些患者则需进一步使用化疗或激素疗法。

渥太华大学研究人员将活病毒与SMAC模拟物组合在一起,可放大杀伤肿瘤效果,消灭肿瘤的同时不会对周围健康组织造成伤害,克服了单一疗法局限;多伦多儿童医院以高能量聚焦式超音波(HIFU)无伤口切除法切除肿瘤,是北美首例以该种方式切除小儿骨样骨瘤的病例。

加美联合研究发现艾滋病病毒(HIV)感染可重塑精液中的细菌和免疫因子,精液细菌在局部炎症和病毒脱落中发挥着作用,或可成为降低HIV传播的靶标;多伦多大学鉴别出一种蛋白复合物,在癫痫和精神分裂症等疾病中扮演重要角色,以这些蛋白为靶标,有望开发更好的神经疾病疗法。

蒙特利尔大学免疫学和癌症研究所发现一种新分子UM171,可使单位脐带血中的干细胞数量增殖数倍,减少干细胞移植引起的并发症;多伦多西乃山医院将体细胞重编程,得到了一种新型小鼠多能干细胞,可分化成所有3种胚胎前体组织,用于生物学和医学研究实验更安全有效。

东安大略儿童医院向法庭提告,质疑人类基因专利的有效性,称这些专利在法律上站不住脚,阻碍了对患者的有效治疗,要求对涉及一种心脏病的基因测序和诊断方法的5项专利宣告无效。

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