2013世界科技发展 生物医学研究收获丰

生物医学科学

美国

遗传学研究深入揭示和利用基因机制；细胞研究允许多个细胞交换“身份”；再生医学创造了各种器官和组织。

在遗传学研究领域，杜克大学模拟人类细胞中复杂的基因调控过程，模拟多种蛋白质如何通过复杂的相互作用来调控一个基因。

斯坦福大学设计了一种由脱氧核糖核酸和核糖核酸组成的生物晶体管——一种转录器，它可以像晶体管一样在活细胞中进行计算和记录，将计算引入了生物学中的活细胞领域。北卡罗来纳大学还设计了一种基于DNA的与门，它成功地演示了如何在人类细胞中操作逻辑门，为活细胞中的复杂计算铺平了道路。

耶鲁大学和哈佛大学合作重写了细菌的完整基因组代码，提高了其抗病毒能力。这是第一次，它从根本上改变了遗传密码，可以用来重新设计生物特征或扩展生物功能。

华盛顿大学医学院成功地诱导细胞向光移动。加利福尼亚大学圣地亚哥医学院开发了一种新技术来确定DNA是来自母亲还是父亲。能源部、联合基因组研究所等单位对基因组组装过程进行了改进，可以产生长达数万个核苷酸的阅读片段，最终组装序列准确率大于99.999%；联合基因组研究所已经对201种微生物和古细菌细胞进行了测序。它发现微生物比我们所知的更加丰富多样，并且揭示了不同物种之间惊人的相关性。

在细胞研究方面，俄勒冈健康科学大学和其他人成功地将人类皮肤细胞重组成胚胎干细胞，胚胎干细胞可以在体内转化成任何其他类型的细胞。

斯克里普斯研究所发现了一种可以直接将骨髓干细胞转化为脑细胞的方法。激活一个受体会将骨髓细胞转化为神经细胞。凯斯西储大学医学院直接将小鼠皮肤细胞转化为功能性脑细胞。反过来，哈佛大学的研究证明，脑细胞也可以“转化”，通过直接谱系重编程将胼胝体投射神经元转化为类似的皮质脊髓运动神经元。

桑福德-伯恩汉姆医学研究所和其他单位已经从右心室心肌病患者的皮肤细胞中培养出心肌细胞，并在培养皿中诱导出心脏病模型，该模型能够在疾病发生时再现其主要特征。

匹兹堡大学首次使用人类干细胞使小鼠心脏再次跳动。预计个性化诱导多能干细胞将用于器官移植。

西奈山医院筛选了18种诱导血液形成活性的遗传因子，发现了4种转录因子并将其正确结合，培养了血管前体细胞和随后的成纤维细胞，并产生了与人类造血干细胞相似的细胞。

先进细胞技术公司利用人类胚胎干细胞来治疗普通失明，改善一个几乎失明到0.5的病人的视力；旧金山加利福尼亚大学的科学家将中间神经嵴细胞移植到小鼠大脑的海马体中，并成功控制了小鼠的癫痫发作。

在再生医学方面，来自马萨诸塞州总医院的科学家已经开发出一种肾脏，它可以在老鼠实验中成功地过滤血液并产生尿液。此外，他们还从牛和羊的活体组织中提取出人造耳朵。

纽约干细胞基金会研究所首次用人类皮肤细胞生产了一种稳定的骨替代物，有望为骨伤患者提供个性化的非排他性骨移植。

此外，科学家们首次发现了嵌入人类基因组的生物钟，它可以精确测量各种人体器官、组织和细胞类型的“年龄”。他们还通过减少单个基因的表达，将一组实验小鼠的平均寿命延长了20%。

在脑科学研究中，麻省理工学院的科学家已经成功地将错误记忆植入老鼠的大脑。他们利用现有的方法人工激活老鼠大脑中的特定记忆，同时给予新的刺激，使两者联系在一起并转化为新的记忆。

南加州大学的科学家展示了一种“记忆假体”，并表示“记忆假体”已经进入人体测试阶段，15名患有癫痫的志愿者正在接受植入装置的测试。

德克萨斯大学的研究人员将模型预测和脑细胞训练相结合，将模拟记忆损伤的海螺神经元连接恢复到接近正常水平。

美国华盛顿大学的科学家在人脑对脑界面实验中取得了第一次成功。他们可以发送大脑信号来遥控他们的同伴做简单的练习。

在药物研究方面，马里兰疫苗研究中心在开发“通用”流感疫苗方面取得了显著成果。接种新疫苗的实验小鼠的抗体水平比传统疫苗高34倍，比雪貂高10倍。

来自中国和美国的科学家合作用一种特殊的细菌——沃尔巴克氏菌感染蚊子，这种细菌具有抵抗疟疾等疾病的能力，并且可以传给后代。

麻省理工学院的研究人员发现了一种新的毒素，这种毒素可以通过阻止DNA复制来抑制细菌的生长，为下一代抗生素的开发奠定了基础。

加州大学圣地亚哥分校从海洋微生物中提取的“炭疽毒素”能有效杀死对抗生素有强烈耐药性的细菌，如炭疽和超级细菌耐甲氧西林金黄色葡萄球菌。此外，该校的研究人员还开发了一种涂有红细胞膜的纳米粒子，可以中和许多细菌(包括抗生素抗性细菌)产生的毒素，成为治疗抗药性细菌的有效工具。

密苏里大学的研究人员开发了一种放射性纳米粒子，它可以靶向癌症患者体内任何地方的淋巴癌细胞，而不会附着和损伤健康细胞。

杜克大学医学院发现了60个“阿司匹林反应标记”基因，可以进行血液测试来检测阿司匹林是否对患者有效，还可以预测和预测心脏病发作的风险。

在艾滋病和肿瘤学研究领域，来自约翰·霍普金斯儿童中心、密西西比大学医学中心和麻省大学医学院的研究人员首次实现了对感染艾滋病毒婴儿的“功能性治疗”。

人类免疫缺陷病毒抗体治疗的动物实验取得突破，有望与目前的抗逆转录病毒疗法相结合，有效治疗人类免疫缺陷病毒。科学家已经从艾滋病患者中分离出三种有效的广谱艾滋病毒抗体，这可以显著降低恒河猴体内免疫球蛋白的浓度。

费城儿童医院的科学家使用一种蛋白质来调节关键免疫细胞的功能，从而安全地控制肿瘤生长，证明了通过调节免疫功能来控制肿瘤生长的可行性。

佛罗里达国际大学开发了一种磁电纳米粒子，可以释放抗艾滋病毒药物激活的三磷酸。实验中的治疗效果非常理想。

英国

脑科学研究取得新成果，合成生物学受到重视，干细胞和基因研究成果给患者带来光明，体外受精技术引领世界。

刘海英(英国《科技日报》记者)2013年初，欧盟宣布将人脑工程纳入“未来和新兴技术旗舰项目”，这意味着脑科学将成为未来的热门研究课题。科学家在人脑研究方面取得了许多成就:布里斯托尔大学的研究人员已经确定了调节记忆开关的关键分子；牛津大学和伦敦大学学院的科学家发现，大脑中的微电击可以提高大脑的计算能力。来自英国、德国和奥地利的研究人员利用人类多能干细胞在试管中培养模拟人脑组织。这一系列的研究成果帮助科学家理解人脑的奥秘，并开发治疗脑部疾病的新方法。

在合成生物学方面，帝国理工学院的科学家开发了一种新方法，可以将微生物工厂中生物成分的生产时间从2天缩短到6小时。布里斯托尔大学的科学家开发了合成生物学的“纳米胶囊”技术，在化学、生物和医学领域有着广阔的应用前景。

爱丁堡大学的科学家在干细胞研究方面取得了杰出的成就。年初，他们发现麻风病细菌可以将成熟细胞转化为干细胞。后来，他们创新了干细胞培养技术，使用水溶性凝胶作为支持干细胞生长的微支架。五月，他们发现Oct4蛋白可以帮助胚胎干细胞自我更新。

其他研究机构也不断取得新的成就:霍洛维茨大学的科学家首次将人类胚胎干细胞用于三维打印；格拉斯哥大学的研究人员宣布，首次中风干细胞治疗实验已经取得初步结果，一些患者已经得到缓解。伦敦大学的科学家首次利用实验室小鼠的胚胎干细胞来培养眼睛感光细胞。

在基因研究中，第一次在人类活细胞中发现了四螺旋的DNA结构，为未来的个性化治疗提供了靶点。发现了24个与近视有关的新基因。对CCND1基因缺陷的研究证明，基因缺陷具有多米诺效应。发现了一个新基因MX2可以抑制艾滋病的传播。事实证明，南亚地区与色素多样性相关的基因——SLC24A5基因的变异模式将受到社会选择差异的影响。

英国在试管婴儿研究领域仍然领先于世界。4月，“试管婴儿之父”罗伯特·爱德华兹因病去世。英国人民支持“一个父亲，两个母亲”的人工授精技术，英国*也在6月份表示支持这项技术。7月，全基因组筛查技术首次应用于体外受精胚胎染色体异常筛查，英国第一个接受全基因组筛查的试管婴儿诞生。

法国

加强分子生物技术的研究，揭示生物学的基本结构和活动机制，重视医药、化工等领域成果的应用和转化。

李洪泽(法国《科技日报》记者)法国一个科研小组揭示了趋磁细菌合成磁小体的MamP蛋白的机制和结构特征，使人们对“生物矿化”有了进一步的了解，并有望将这一机制应用于医药和污水处理。

法国研究人员通过对长囊水云的研究，发现了利用酶合成鼠尾藻多酚的新机制及其关键步骤，极大地简化了鼠尾藻多酚商业制备的生产过程。鼠尾藻多酚是一种独特的海洋褐藻酚类化合物，可用于生产各种化妆品，可预防和治疗癌症、心血管疾病、神经退行性疾病和消除炎症。

巴斯德研究所发现，一种被称为中性粒细胞的免疫细胞在癌症免疫治疗中起主导作用，而不是以前认为的自然杀伤细胞和巨噬细胞，这有助于促进癌症免疫治疗的优化和发展。他们还首次在原子水平上验证了酒精(即饮料中的酒精)对中枢神经系统受体的影响，有助于开发拮抗化合物来减轻酒精对大脑的影响。

位于波兰语图卢兹的病理生理学研究中心发现，人类母亲和胎儿体内的一些免疫细胞可以防止病毒感染胎儿，为治疗先天性巨细胞病毒感染等遗传病开辟了新的治疗途径。

德国

随着疾病病理学研究的深入，传染病、癌症和老年痴呆症的治疗取得了许多进展，个性化医学研究得到了促进。

李山(德国《科技日报》记者)在传染病方面，德国灵长类动物研究中心发现了一种有助于MERS冠状病毒感染的蛋白酶。亥姆霍兹感染研究中心研究了代表ⅱ型CRISPR-Cas的8个菌株中双链RNA:Cas9的多样性和互换性。

在癌症研究中，*大学发现联合使用干扰素-γ和肿瘤坏死因子可以完全抑制肿瘤细胞的生长。海德堡大学和其他人已经发现了一种具有抗癌特性的核蛋白Nup98，它可以在细胞中不太早地分解P53。保罗-艾利研究所发现，转基因麻疹病毒可以有效控制多种实验动物的肿瘤。马克斯·普朗克神经科学研究所发现，血管内皮生长因子也直接作用于产生该因子的肿瘤细胞。

在阿尔茨海默氏病的研究中，慕尼黑大学和其他人发现，有效物质Anle138b能有效抑制损害脑细胞的蛋白质积累，并显著减缓帕金森氏病症状的发展。马克斯·普朗克分子生物医学研究所和其他机构通过“基因手术”成功地纠正了实验室培养的帕金森病患者病理细胞的遗传缺陷。马克斯·普朗克老年学研究所发现，衰老也直接受到线粒体DNA的影响，线粒体DNA是从母亲那里获得的遗传信息。德国柏林*大学等研究发现，天然物质亚精胺可以防止与年龄相关的记忆力下降。

在新疗法方面，莱比锡大学提取毛囊外毛鞘干细胞和培养黑素细胞，开发自体细胞疗法治疗白癜风。*大学将智能生物材料植入实验室培养的椎间盘细胞中，并将其注射到患者的椎间盘中，以开发治疗椎间盘疾病的新策略。他们还发明了一种可以植入眼球后部的微芯片，以帮助失明患者恢复部分视力。柏林*大学和其他人已经开发了一种简单、廉价和可靠的方法，通过使用糖蛋白产生的鼠疫抗体来检测鼠疫细菌。

此外，亥姆霍兹糖尿病和肥胖症研究所发现，分子受体GPR83不仅参与体重调节，而且在能量代谢调节中起决定性作用。夏洛特柏林大学医学院揭示了一个关键的蛋白质结构，并阐明了与抑制蛋白激活的受体相互作用的分子机制。莱布尼茨波罗的海研究所在波罗的海中心的深处发现，迄今未知的细菌代码SUP05具有专门分解缺氧环境中形成的高毒性硫化物的能力。

德国的国际合作团队也做出了突出贡献。一个团队发现了9个基因区域和原发性硬化性胆管炎之间的联系。另一个团队发布了人类功能基因变异的综合地图，提供了历史上最大的一组人类基因组和基因活动数据。

俄罗斯

纳米疫苗的开发取得了重大进展。

章昊(俄罗斯《科技日报》记者)2013年，俄罗斯纳米疫苗开发取得重大进展。根据俄罗斯联邦生物医学署发布的信息，俄罗斯科学家开发的三种最新纳米疫苗已经进入临床前测试阶段。这三种疫苗分别是抗结核病、艾滋病和癌细胞(对几种癌细胞有效)。目前，世界上大多数实际使用的疫苗都是使用活病毒或“病毒灭活”，而俄罗斯开发的三种疫苗都是利用病原体的核糖核酸，通过药物和纳米技术的结合来制备纳米疫苗。其中，抗艾滋病疫苗已经进入临床前测试的第二阶段，并已显示出高效力。

2013年，来自俄罗斯科学院生物有机化学研究所、哈佛医学院和洛桑理工学院的科学家团队对细菌的攻击机制进行了研究，发现不同的细菌会为了在同一环境中生存而相互攻击。这一发现可能有助于人类找到摧毁细菌攻击系统的简单方法，从而有助于开发新一代治疗细菌性脑膜炎、肺炎、布鲁氏菌病、鼠疫和其他严重传染病的药物。

加拿大

合作开发新的抗癌药物；成功制作了第一张超高精度三维脑图像；揭示大脑可塑性的形成机制；提出了一种测定分子手性的新方法。

冯卫东(加拿大《科学技术日报》记者)加拿大玛格利特癌症中心和加州大学联合开发了一种特殊的癌症药物“神枪手”，该药物在实验室中已被证明对乳腺癌、卵巢癌、结肠癌、肺癌、胶质母细胞瘤、黑色素瘤、胰腺癌和前列腺癌等多种癌症具有有效的抑制作用。靶向酶PLK4作为研究对象，被广泛认为在细胞分裂(尤其是癌细胞)中发挥重要作用。这种特殊药物的发现被认为是当今治疗乳腺癌最重要的发现。

包括加拿大麦吉尔大学在内的科学家已经成功开发了一个细胞水平的人脑三维图谱，该图谱展示了20微米尺度的人脑，被认为是神经科学发展的里程碑。

蒙特利尔神经病学研究所及其附属医院和麦吉尔大学发现，神经细胞有一种特殊的“预组装技术”，可以促进神经细胞连接(突触)的蛋白质生产，从而使大脑快速形成记忆和塑化。本研究结果揭示了突触可塑性的新机制，了解其中的通路有助于为神经发育疾病的治疗提供新的靶点。

麦吉尔大学的科学家已经成功地结晶了一个短的核糖核酸序列，聚(rA) 11，并利用加拿大光源(CLS)和康奈尔高能同步加速器收集的数据证实了聚(rA)双螺旋假说。这一成果有助于促进合成生物学的发展。

来自加拿大、德国和瑞士的一组研究人员提出了一个新的解决方案，解决了150年来确定分子手性的难题。将来，药物的生产方式将是只存在所需的手性分子，这样患者就可以减少剂量并避免副作用。

加拿大研究人员已经确定了与心脏功能相关的最佳结构和细胞比例，并因此首次设计了可存活的、心律失常的三维心脏组织，其可被小型化为人类心脏微组织，用于测量正常和患病人类心脏对药物的反应。

不列颠哥伦比亚癌症研究所开发的一种新的前列腺癌药物将很快投入临床试验，给癌症患者带来新的希望。在开发EPI-001的过程中，该团队采用了一种新的方法来确定N末端，即蛋白质结构的反向区域，作为真正的“焦点”，而不是像其他科学家那样专注于雄激素受体蛋白质。

玛格丽特公主医院癌症中心的临床研究人员发现，未成熟祖细胞的耐药性是多发性骨髓瘤复发的根本原因。这一发现为治疗多发性骨髓瘤指出了一条新途径，即同时使用祖细胞和浆细胞作为治疗靶点。

加拿大食品检验局与非营利组织“加拿大基因组”和亚伯达创新生物解决方案合作，提出了一个旨在保护消费者免受李斯特菌感染的新研究项目。

多伦多大学的研究人员首次绘制了细胞运行蛋白的细胞“路线图”，揭示了它们与细胞中其他重要蛋白的相互作用，帮助人们进一步了解疾病相关蛋白之间的相互作用机制，并为癌症、囊性纤维化和许多其他疾病带来更好的治疗方法。

麦吉尔大学和卡尔加里大学的科学家发现，癌症可以通过劫持白细胞传播。这一发现是对了解癌细胞扩散的突破，有助于医务人员更有效地诊断和治疗癌症。

麦克马斯特大学利用一种转基因感冒病毒生产了一种新的结核病疫苗，这种疫苗有助于对抗导致结核病的结核分枝杆菌。卡介苗接种后使用可提高卡介苗的疗效。

南韩

韩国未来创造科学部提出生物医学技术项目，为相关研究机构提供政策和财政支持。

闫学(韩国《科学技术日报》记者)韩国科学技术研究所(KAIST)的研究人员利用大肠杆菌成功开发出一种生产酪氨酸的新方法。酪氨酸是一种治疗抑郁症和痴呆症所需的物质。研究小组利用核糖核酸技术插入酪氨酸生产所需的基因(去除阻碍生产的基因)并培养大肠杆菌。每升培养大肠杆菌的装置产生21.9克酪氨酸和12.6克尸胺(聚酰胺纤维、尼龙原料)，比现有技术多30%..

韩国泉南大学和生物工程研究所的研究人员发现了在酒精性肝损伤过程中起核心作用的蛋白质和能够抑制这种蛋白质的物质，为开发治疗酒精性肝损伤的药物带来了希望。

今年9月，韩国未来创造科学部表示，朝鲜大学医学院的研究人员发现了一种能导致结肠直肠癌发展和转移的蛋白质APEX1。APEX1可以通过调节细胞中的多种基因来引起多种生命现象。动物实验表明，APEX1与肿瘤的发生密切相关。利用这种关系有助于预测结直肠癌细胞的产生和转移，抑制结直肠癌细胞的增殖。

以色列

脑科学研究是辉煌的，干细胞研究取得了丰硕的成果，许多基于生物材料技术的医疗设备已经出现。

冯(科技日报驻以色列记者)以色列博恩生物集团有限公司已开始建设世界上第一座再生骨生产工厂，包括骨移植中心、研发中心、总部和管理中心。

InSightec公司已经开发出一种设备，可以在不打开颅骨的情况下进行神经外科手术。基于核磁共振扫描提供的精确脑部图像，他们使用1000倍聚焦的超声波束穿透整个头骨并移除病灶。

以色列理工学院利用人类胚胎干细胞制造具有自身血液供应的心肌，这种心肌可以修复和替换因心脏病而受损的心脏。该校还发现，光电效应可以控制纳米孔传感器的通道，改进了使用固体纳米孔的方法，使得DNA测序更准确、成本更低、速度更快。

魏茨曼科学院已经分离出多能干细胞，这种干细胞可以制造出一种含有人体组织的“人性化”小鼠模型。他们创造的诱导多能干细胞可以完全“重置”，为将来改善移植器官的功能铺平道路。他们还揭示了人脑小胶质细胞的一些神秘特征，为阿尔茨海默病、肌萎缩症和其他脑健康疾病的治疗带来了曙光。

特拉维夫大学的研究人员从鼻子收集活检组织，从鼻内神经元诊断早期精神分裂症，提高了诊断的速度和准确性。