近日，由中國科學(xué)院、中國工程院主辦，中國科學(xué)院局學(xué)部工作局、中國工程院辦公廳、中國科學(xué)通訊社承辦的2021年中國科技進(jìn)步十大新聞暨中國科學(xué)院、中國工程院院士評選的世界科技進(jìn)步十大新聞在北京揭曉。
其中，與醫療衛生領(lǐng)域相關(guān)的項目有5項，具體如下：
一、世界上第一個(gè)自我復制的活體機器人誕生了。
佛蒙特大學(xué)、塔夫茨大學(xué)和哈佛大學(xué)維斯生物入侵工程研究所的科學(xué)家發(fā)現了一種全新的生物繁殖方式，并利用它創(chuàng )造了有史以來(lái)第一個(gè)可以自我復制多代的活體機器人——Xenobots 3.0。
只有毫米大小，它既不是傳統的機器人，也不是已知的動(dòng)物物種，而是一種從未在地球上出現過(guò)的新的有生命的可編程生物。據報道，活體機器人可能有助于醫學(xué)的新突破。除了有望用于精準給藥，3354的自我復制能力也為再生醫學(xué)提供了新的幫手，或者可以為出生缺陷、對抗創(chuàng )傷、癌癥和衰老提供開(kāi)創(chuàng )性的解決方案。11月29日，相關(guān)研究成果在美國《國家科學(xué)院院刊》發(fā)表。
二、科學(xué)家利用AI技術(shù)解決蛋白質(zhì)結構預測問(wèn)題。
科學(xué)家們一直希望通過(guò)基因序列簡(jiǎn)單地預測蛋白質(zhì)——的形狀。如果成功，將開(kāi)啟一個(gè)洞察生命運行機制的新世界。美國華盛頓大學(xué)和英國DeepMind公司分別公布了多年的工作成果：先進(jìn)的建模程序可以預測蛋白質(zhì)和一些分子化合物的精確三維原子結構，并將這些結構放入開(kāi)放的數據庫中，供世界各地的研究人員免費使用。
根據DeepMind的報告，其人工智能程序AlphaFold預測了98.5%的人類(lèi)蛋白質(zhì)結構，有助于深入了解一些關(guān)鍵的生物信息，從而更好地開(kāi)展藥物研發(fā)。美國華盛頓大學(xué)創(chuàng )建的高精度蛋白質(zhì)結構預測程序被稱(chēng)為RoseTTAFold?；谏疃葘W(xué)習，不僅可以預測蛋白質(zhì)的結構，還可以預測蛋白質(zhì)的結合形式。只需十分鐘，RoseTTAFold就可以用游戲電腦精確計算出蛋白質(zhì)結構。相關(guān)論文分別于《自然》和《科學(xué)》年7月15日發(fā)表。
三、“基因剪刀”首次用于治療遺傳性疾病
一直以來(lái)，人們要想用被稱(chēng)為“基因剪刀”的CRISPR基因編輯技術(shù)治療遺傳病，就需要清除一個(gè)巨大的障礙：將分子剪刀工具直接注射到患病細胞中，實(shí)現DNA切割。
倫敦大學(xué)的研究人員發(fā)現CRISPR技術(shù)可以使突變基因失活。本研究首次將CRISPR注射到一種罕見(jiàn)遺傳病(轉甲狀腺素蛋白淀粉樣變性)患者的血液中，發(fā)現其中3例患者的肝臟幾乎停止產(chǎn)生毒性蛋白。
盡管CRISPR治療能否緩解疾病癥狀仍不確定，但初步數據讓人們對這種一次性治療的效果感到興奮。相關(guān)研究成果于5月28日發(fā)表于《新英格蘭醫學(xué)雜志》。據報道，這項新工作已經(jīng)邁出了關(guān)鍵的第一步，使身體任何部位的致病基因失活、修復或替換。
四、“芝麻?！贝笮〉男呐K模型出來(lái)了。
奧地利科學(xué)院的生物學(xué)家薩沙門(mén)德詹(Sasha Mendjan)和他的團隊利用人類(lèi)多能干細胞培育了芝麻大小的心臟模型，也稱(chēng)為心臟線(xiàn)。它可以自發(fā)組織和發(fā)展一個(gè)中空的中庭，不需要實(shí)驗支架。Mendjan的團隊以特定的順序激活了胚胎心臟發(fā)育中所有六種已知的信號通路，以誘導干細胞自我組織。
隨著(zhù)細胞分化，它們開(kāi)始形成類(lèi)似于心臟壁結構的不同層——。經(jīng)過(guò)一周的發(fā)育，這些器官自組織成一個(gè)空腔封閉的3D結構，幾乎再現了人類(lèi)心臟的自發(fā)生長(cháng)軌跡。此外，研究小組還發(fā)現，心臟的壁組織可以有節奏地收縮，擠壓腔內的液體。
該團隊還測試了心臟器官對組織損傷的反應。他們用一根冰冷的鋼條冷凍了部分心臟器官，殺死了這個(gè)區域的許多細胞。研究發(fā)現，心臟成纖維細胞(一種負責傷口愈合的細胞)開(kāi)始向受傷部位遷移，產(chǎn)生蛋白質(zhì)修復損傷。相關(guān)研究發(fā)表于5月20日《細胞》。這一進(jìn)展使科學(xué)家能夠創(chuàng )造出一些迄今為止最真實(shí)的心臟器官，這使得制藥公司有可能將更多的藥物引入臨床試驗。
五、科學(xué)家們在實(shí)驗室成功構建了早期人類(lèi)胚胎樣結構。
達拉斯德克薩斯大學(xué)西南醫學(xué)中心的研究人員領(lǐng)導的團隊，通過(guò)人類(lèi)多能細胞的分化，成功誘導了人類(lèi)早期胚胎樣結構。這種結構類(lèi)似于人囊胚胚胎，能正確表達相應的基因和蛋白質(zhì)，在體外發(fā)育2 ~ 4天即可形成羊膜囊樣結構。相關(guān)研究成果于3月17日發(fā)表于《自然》。
據報道，借助人類(lèi)早期胚胎樣結構，研究人員可以深入研究胚胎的早期發(fā)育，更好地了解早期人類(lèi)重大疾病導致的流產(chǎn)、畸形、女性妊娠障礙等現象，并為其找到可行的解決方案。此外，研究人員還可以通過(guò)該技術(shù)建立藥物篩選模型，為進(jìn)入臨床應用的孕婦用藥提供安全性模擬試驗。
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