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2012年世界科技發展回顧:生物技術篇


美 國 
      遺傳學研究精彩紛呈;細胞學研究成果豐碩;藥理學研究取得新成果;艾滋病研究與治療獲得突破性進展;腫瘤學研究取得成效。 
      田學科(本報駐美國記者)南加利福尼亞大學開 發出一種繪制DNA之間接觸位點的新方法,并利用計算機模型繪制出一個細胞中完整DNA鏈——基因組的精確三維圖像;亞利桑那州立大學制造出一個能折疊成 三維形狀并夾有一個特殊蛋白的TNA分子,他們認為,結構更簡單的TNA也具備RNA的某些功能,地球生命最初可能由幾種遺傳物質混合組成;麻省總醫院文 森特生育科研中心首次從育齡婦女的卵巢中分離出產生卵子的干細胞,并證明這些細胞能產生正常的卵母細胞,揭示人類也有類似老鼠等動物的卵原干細胞,或可成 為無盡的卵子來源。
耶魯大學確認了胚胎干細胞中控制人體發育的3種基因,即Nanog、Oct4和Sox2,詳細地揭示了它們是如何控制人體發育的,而其對人體的作用不同于實驗鼠胚胎干細胞對鼠體的作用,凸顯了利用人體胚胎干細胞開展研究工作的重要性。 
      斯坦福大學經過3年多嘗試,成功創建了相當于 1比特的基因物質,并將其命名為“重組酶可尋址數據”模塊(RAD)。他們還由此創建了一種新系統,能夠重復編碼、擦寫和儲存活體細胞DNA中的數據,且 可重復切換而不使性能發生退化;該校醫學中心首次對來自一名男性的91個精子細胞的全部基因組進行了測序,這也是第一次公布人類配子的全基因組序列,同時 首次發現了來自同一個人不同精子的突變。
另外,美科學家還從6只獼猴的胚胎中提取出細胞并將其放入一個胚胎內,再將該胚胎移入一只代孕母猴的體內,經多次流產后,母猴終于誕下健康的雄性雙胞胎。 
      斯坦福醫學院成功繞過干細胞階段,將老鼠皮膚細胞直接轉化成神經前體細胞,得到的細胞能發育成三種腦細胞,而且能在實驗室里大量培育;明尼蘇達大學用普通的啤酒酵母菌,成功復制了單細胞形成多細胞簇這一5億年前地球動植物出現的關鍵進化過程。 
      馬薩諸塞州總醫院通過研究抑制細胞之間的通訊 聯系,找到了一種能保護肝臟免受撲熱息痛等肝毒性藥物傷害的新方法,提高相關藥物的安全性;一種具有治療黑色素瘤皮膚癌功效的蛋白質被發現,這種蛋白質可 由人體合成,因此有望在此基礎上開發出促進人體自身對抗黑色素瘤的新療法;男性避孕藥物JQ1已在老鼠實驗中取得初步成功,該藥物作用于一種特殊的蛋白 質,可以使雄性老鼠暫時不育同時不妨礙它們的性欲。
美科學家開發出一種實驗性猿類免疫缺陷病毒 (SIV)疫苗,可使接觸一次SIV的恒河猴感染病毒的幾率減少80%;他們還在感染人類免疫缺陷病毒(HIV)病患的血液中,確認了新型的HIV抑制蛋 白CXCL4或PF-4。這種蛋白質可與HIV直接結合,使其無法依附或進入人體細胞;研究還發現,一種名為SAMHD1的蛋白質能切斷病毒復制所需基本 材料的供給。在有SAMHD1存在的地方,艾滋病病毒HIV-1幾乎無法復制,可以保護免疫細胞免受毒性最強的普通HIV-1感染;美、泰科學家找到了艾 滋病病毒外殼上一個易被攻破的弱點,只要這個部位沒有變異,注射疫苗可使感染艾滋病病毒的風險降低80%。 
      美國食品和藥物管理局(FDA)于7月16日 批準“特魯瓦達”(Truvada)作為艾滋病預防藥物,以幫助高危人群預防艾滋病病毒感染,這是FDA首次批準艾滋病病毒預防藥物上市,可謂是抗擊艾滋 病30年以來的里程碑事件。“特魯瓦達”屬于抗逆轉錄病毒藥物,可通過抑制病毒逆轉錄酶,降低人體內的病毒水平,在保持身體健康的同時降低病毒傳播風險。 
      斯坦福大學醫學院發現,一種尺寸約為人類紅血球1/60的金納米粒子能在腦部腫瘤“安家”,并可以3種不同的成像方式對其進行觀察,精確顯示腫瘤的輪廓,可有效提升腫瘤手術切除精準度。 
      美科學家還發現,利用納米粒子和交變磁場,能輕易破壞上皮組織的癌變腫瘤細胞,在半小時內殺死位于小鼠頭部和頸部的癌變腫瘤細胞,而未損傷健康的細胞和組織。 
      加州大學圣迭戈分校設計并制造出一種新型微型 馬達,可在強酸環境中利用氫氣氣泡進行驅動,無需額外燃料,以每秒鐘1000微米左右的速度行進,因而得名“微型火箭”。其可廣泛應用于生物醫學和工業領 域;該校還開發出一種新型注射水凝膠,這種凝膠取自剝離于心肌細胞的結締組織,經過清潔處理、冷凍干燥后研磨成粉狀,然后液化成一種可以很容易進入心臟的 注射液,一旦碰到體溫,注射液將變成半固體的多孔凝膠,形成一個支架,可安全高效地治療因心臟病發作而受損的組織。 
      麻省理工學院微芯片公司經15年研究而成的無線遙控式藥物遞送微芯片在人體實驗中首次獲得成功。給骨質疏松患者植入該微芯片,一年后檢查發現療效和采用注射方式相同。 
      斯坦福大學醫學院開發出一種類似于太陽能電池 系統的視網膜假體。該裝置有一對專門設計的配有微型攝像機和處理視覺數據流的微機的目鏡,生成的圖像會顯示在嵌入目鏡中的微型液晶顯示器上。顯示器能發出 近紅外激光脈沖將播放圖像投射在光電硅芯片上,而芯片可通過手術植入視網膜下方,幫助那些因退行性眼病而失明的患者恢復視力。
英 國 
      基因領域研究成績斐然;英科學家因細胞研究獲諾貝爾獎;干細胞研究與實驗新成果不斷;蛋白研究成熱點。 
      劉海英(本報駐英國記者)基因研究方面,4 月,英科學家合成了一種名為XNA的物質,擁有DNA遺傳和進化兩個關鍵特征,可在許多關鍵功能上替代DNA。這一成果對研究生命起源乃至“人造生命”具 有重大意義;9月,英科學家參與完成了迄今最為詳細的人類基因組數據分析工作,證明人類80%的基因組是有功能的。而曾經被誤斥為“垃圾”的DNA,在控 制細胞、器官和其他組織的行為中發揮了關鍵性作用,控制疾病的基因開關多達400萬個。這一成果被認為是人類基因組研究之后取得的又一重大進展;9月17 日,英政府就是否允許含有“3個父母”基因的人類胚胎技術用于臨床治療接受公眾咨詢。這種“三合一”人類胚胎技術由英紐卡斯爾大學研發,即利用三個父母的 基因,通過將缺陷基因和健康基因進行置換,培育出 “三合一”胚胎。目前這項技術還僅被允許用于技術試驗,不能將培育成功的胚胎植入人類子宮。該技術研究的重點是卵子細胞中的線粒體,目的是修復人類缺陷 DNA,避免母體線粒體本身帶有的基因缺陷遺傳給后代。按照這種方式形成的嬰兒胚胎將擁有父母細胞核的主要遺傳物質和來自另一名女子的健康線粒體基 因;10月,有英科學家參與的“千人基因組計劃”發布最新成果,公布了高分辨率的人類基因組遺傳變異整合圖譜。這一圖譜將幫助科學家進一步理解人類基因組 的共同特征和地理差異,從而為推動基因組學在人類疾病與健康領域中的應用以及個體化醫療時代的到來奠定基礎。 
      細胞研究方面,英科學家約翰·格登因“發現成 熟細胞可被重新編程為多功能的干細胞(iPS細胞)”而和日科學家一同獲得2012年諾貝爾生理學或醫學獎;首次用皮膚細胞制造出大腦皮層細胞,與胚胎干 細胞制造出的神經細胞一模一樣;發現控制細胞自噬過程的關鍵分子開關;采用源于人體皮膚細胞的干細胞,首次在體外成功培育出人造功能性血管;開發出新方 法,可以無需借助病毒為載體,生產iPS細胞;完成首例通過移植干細胞成功恢復聽力的動物實驗,為干細胞在內耳和大腦之間重建連接提供了首個證據。 
      蛋白研究方面,發現一種細胞信號通路的重要 “剎車”蛋白EIF3a,或可成為下一代抗癌藥物全新的靶標蛋白,為抗癌藥物的研發提供了新思路;在人體腦脊髓液中發現7種可作為檢測阿爾茨海默病標記的 蛋白,可幫助科學家們開發出新的阿爾茨海默病診斷方法;確認一種名為血影斑蛋白的多功能蛋白對于軸突的生長不可或缺,為研究神經退行性疾病開辟了一條新 路;發現T—bet蛋白在維持腸道免疫系統與腸內菌群微妙平衡時起到重要作用,有助于研發炎癥性腸病治療新法;發現一種癌癥轉移所需的關鍵蛋白—— Cdc42蛋白,以此蛋白為靶點或可有效阻止癌細胞擴散。
法 國 
      法英合成可阻止瘧原蟲生長的物質;法權威機構否定轉基因玉米致癌論;法語音應急過敏治療注射器在美上市。
李釗(本報駐法國記者)法國家科研中心和巴斯德研究所聯合倫敦皇家學院的研究人員成功合成兩種新的化合物BIX-01294和TM2-115,能夠抑制惡性瘧原蟲生長所需的一種蛋白酶的活性,快速阻止瘧原蟲生長。 
      10月22日,法生物技術最高委員會和國家衛 生安全署先后否定了關于美國孟山都公司NK603轉基因玉米致癌的研究結論,同時建議對轉基因作物的長期影響進行研究,以加深人們對轉基因作物的認識。兩 家機構當天均表示,此前法國卡昂大學研究人員質疑轉基因玉米安全的研究存在諸多不足,其報告中陳述的實驗結果和分析不足以支持喂食NK603轉基因玉米會 毒害實驗對象的結論,無法推翻“這種玉米無害”的早先評估結果。 8月,法制藥企業賽諾菲-安萬特集團發表公報 說,美國食品和藥物管理局已批準該集團生產的腎上腺素注射器Auvi-Q用于易發過敏或有過敏史人群發生致命性過敏反應時的應急治療。這一注射器的一大特 點是能“說話”,即有語音提示和圖形,可指導人們正確使用。其目前只在美國獲準上市,用于對堅果、貝類、奶制品和藥物等產生過敏反應人群的應急治療。 
      8月,法、澳、英三國研究人員發現一種新的分子Liminib,不僅可以遏制癌細胞增殖,還能抑制其流動性,防止癌細胞轉移形成新的病灶。這種分子對LIM激酶具有抑制作用。而LIM激酶能夠調節細胞骨架的活性,在癌細胞的侵襲和轉移過程中發揮重要作用。 
      11月,法衛生部長表示,將推廣艾滋病病毒快速檢測,并發起鼓勵人們使用避孕套的運動。而男同性戀者和來自高危國家的人群則為快速檢測的重點對象。 
      9月,《柳葉刀》雜志刊登報告說,二期臨床試驗結果表明,法國疫苗生產商賽諾菲-巴斯德公司研發的登革熱疫苗對3種登革熱病毒株有預防效果,安全有效。報告還指出,該公司研發的“CYD-TDV”活性減毒疫苗有助于實現世衛組織提出的到2020年將登革熱死亡率降低50%的目標。4月,法、意研究人員發現了與導致結核病的結核桿菌毒性相關的蛋白質PE/PPE蛋白,并成功培育出其活性減毒突變體,有望在未來研發出比卡介苗更有效的結核病疫苗。 
      5月,法、德研究人員通過動物實驗發現,特定基因SHANK2變異后,會導致大腦某些區域連接神經元的神經突觸數量減少,從而引發自閉癥。該研究結果有助于更好地了解與自閉癥相關的神經生物學機制。
德 國 
      在干細胞重新編程和轉化,以及癌癥治療方法等方面研究取得重要進展。 
      李山(本報駐德國記者)干細胞研究方面,德馬 普學會分子細胞生物和遺傳學研究所成功實現了直接對實驗鼠發育中的大腦組織干細胞進行重新編程。該成果將有望為開展腦功能和神經細胞特定行為研究提供新的 方法;德波恩大學眼科醫院和美國斯克里普斯研究所利用皮膚干細胞重新編程,再生出新的健康視網膜色素上皮細胞,并以此來替代已病變壞死的細胞,研發出一種 再生醫學治療方法,有望治療老年性黃斑退化癥。
馬普學會分子生物醫學研究所的科學家通過一種新的組合生長因子Brn4,首次實現將白鼠皮膚細胞直接轉化成神經干細胞;波恩大學和康奈爾大學則發現,幼年實驗鼠在被誘發心肌梗死后,其體內心臟干細胞可為心肌組織修復再生提供新細胞。 
      癌癥研究方面,馬普學會分子遺傳學研究所確定 了64種與伴侶蛋白Hsp90發生交互作用的蛋白激酶。這些蛋白激酶參與細胞內不同信號傳導通路的活動,包括對形成腫瘤起重要作用的信號傳導通路。關閉 Hsp90可對蛋白激酶的活性施加影響;德波鴻大學通過對TFAP2E基因進行特定修改,成功用于判斷腸癌化療效果。甲基化TFAP2E可用于確定腫瘤化 療藥物“5氟尿嘧啶”的化療效果。 
      德維爾茨堡大學與亥姆霍茲傳染病研究中心發現一種新的癌癥治療方法,即在關閉癌細胞內部的能量監控機制后,癌細胞將無視內部的新陳代謝需要繼續分裂繁殖,最終因缺乏足夠能量供應而死亡;德馬克斯—德爾布呂克分子醫學中心(MDC)和柏林夏里特醫科大學則
發現了腦干細胞對抗腦部腫瘤的新機制。“脂肪酸—膽胺”會頻繁激活腫瘤細胞辣椒素受體離子通道(TRPV1),而過度激活離子通道將導致腫瘤細胞死亡。 
      馬普學會分子生理研究所成功研發出有12個中間步驟的級聯反應,創下了目前所知世界最長合成級聯新紀錄,并合成了生物活性物質Controcountine;德國IBIDI公司則成功開發出一款觀察活體細胞的超高分辨率生物顯微鏡。
以色列 
      重視生物技術發展,致力將生命科學產業作為國家戰略進行推動。 
      馮志文(本報駐以色列記者)經過不懈努力,以 色列已成為生命科學產業世界強國,人均生物技術專利數世界第四,人均醫療器械專利、生物醫藥專利等數量居世界第一,干細胞研究世界領先。目前,以生命科學 產業已發展到一個新高度,成功推出數字成像、醫用激光、電子醫療設備、電子手術設備等世界領先水平的科技成果,例如基為影像公司的膠囊照相機和嘉力醫療企 業公司的癌癥低溫療法等。生命科學領域的創業公司也發展勢頭強勁,堪稱以色列投資最火熱領域。2012年1月至9月,該領域的創業公司共籌得風險投資 3.87億美元,占總風險投資的27%。此外,生命科學產業協會還于2012年5月舉辦了生物醫藥大會,為拓寬該領域的世界影響提供了良好平臺。
韓 國 
      韓國在生物技術領域繼續看重醫療應用成果,并在白血病治療以及腦部疾病致病基因研究方面取得進展。 
      薛嚴(本報駐韓國記者)1月,韓食品醫藥品安 全廳批準了一洋藥品株式會社研制的白血病藥品Supect(Radotinib)的生產許可。該會社從2006年開始研制這一藥品,此前分別在韓國、印 度、泰國等地針對Imatinib(Gleevec)等白血病藥物產生耐藥性的患者和服用這些藥品后沒有療效的患者進行了9個月的臨床試驗。試驗結果顯 示,其初期反應和療效均高于Gleevec,也沒有發現肺水腫、心臟毒性等其他副作用。此外,Supect價格低于其他白血病藥物,且療效顯著,有望打破 歐美國家主導白血病藥物市場的局面。 
      7月,首爾大學醫院和首爾醫科學院的研究組證 實,如果位于細胞內的烯醇酶轉移到細胞表面,就會變成“炎癥誘發物質”,導致患上風濕性關節炎。科學家從研究對象的血液和膝蓋關節液中分離出了一種免疫細 胞——“大食細胞”,然后對原本應存在于細胞內部的烯醇酶進行觀察。結果顯示,風濕病患者的細胞中,移動到細胞表面的烯醇酶所占的比例高達95%至 100%,而退行性關節炎患者的比例不到3%,正常人則為零。研究組表示,通過血液檢測烯醇酶的含量,可預測關節炎的發病危險,并評估治療后的效果。 
      11月,韓疾病管理本部宣稱,發現了一種叫“SUMO1”的蛋白質誘發老年癡呆癥的毒性物質,即阿爾茨海默病的發病基因。研究人員稱,此次發現可以說找到了一種能抑制毒性物質在大腦里生成的線索,為今后研發老年性癡呆治療藥物提供了科學根據。
俄羅斯 
      抗海洛因成癮藥已開始臨床前試驗;成功培育復活遠古多細胞植物;開發出定向殺死癌細胞的新型腫瘤治療方法。 
      張浩(本報駐俄羅斯記者)2月,俄烏拉爾制藥 產業集團對外宣布,由俄科學家開發的抗海洛因成癮藥物已開始在大動物上做臨床前試驗。該藥物采用金屬納米粉末,能在很長時間里鎖定毒品分子。該藥物可有效 消除毒癮患者在吸食或注射海洛因時的興奮感,從而促使毒癮患者無痛苦解除毒品依賴。 
      2月,俄科學院物化與土壤生物學研究所在俄遠東科雷馬河流域地下30米深的永凍層中發現了3萬年前的細葉蠅子草植物的種子,并成功培育復活了這種遠古多細胞植物。永凍層保存下來的植物以及種子所承載的生物信息比化石更為豐富,因此對于研究遠古植物和環境具有重要價值。 
      8月,俄下諾夫哥羅德國立醫學院開發出利用基因編碼光敏劑KillerRed定向殺死癌細胞的新型腫瘤治療方法。該治療方法只會對惡性腫瘤產生直接作用,對病人的整個身體并無影響。 
      9月,俄科學院有機化學所的科學家從穴居狼蛛 毒素中發現了一種肽物質,這種肽能夠有效緩解疼痛,但卻不會導致成癮。由于該物質在狼蛛體內含量低且獲取困難,科學家們通過應用分子生物學技術已經人工合 成了這種物質。基于該物質制成的止痛藥目前已開始在俄羅斯進行臨床試驗,未來有可能替代嗎啡等易上癮的傳統止痛藥物。
日 本 
      發現細胞膜上的“水分通道”;判明禽流感病毒基因立體構造;首次測量到活細胞內部溫度并將其可視化。 
      葛進(本報駐日本記者)日自然科學研究機構和京都大學的聯合研究小組發現了細胞膜上的“水分通道”,該通道的存在可使動物處于脫水狀態或攝取大量水分使體液濃度發生變化時保持細胞的正常形態。此項研究將會對治療艾滋病感染、癌癥以及Ⅱ型糖尿病等疑難病癥產生推動作用。東京大學的研究人員判明了禽流感病毒基因的立體構造。禽流感病毒的內部有8條條狀基因,這些基因結合在一起組成一個復合體。這項研究對未來判明新型病毒的發生原理以及開發新型抗病毒藥物有重要意義。 
      東京大學與奈良先端科技大學院開發出一種可根據溫度變化改變發光時間的特殊熒光試劑,利用這種試劑研究人員測量到了活細胞內部的溫度情況并將其可視化,這在世界上還是首次。 
      日“癌癥研究會”與自治醫科大學的研究人員發現了可導致肺癌的6種新融合基因。該研究成果有望開發出新的治療肺癌的有效藥物。
京都大學的研究人員從番茄中發現了可改善脂肪肝和高中性脂肪血癥等脂質代謝異常病癥的有效物質。在該物質的作用下,連續四周每餐吃兩個番茄或200毫升番茄汁可將血液內的中性脂肪量減少30%。 
      產業技術綜合研究所與合成生物工學研究小組的研究人員判明一種抗凍蛋白質的構造。這種蛋白質發現于寒冷地帶的蘑菇體內,可以保護其在零下攝氏度的環境中身體和細胞不被凍結。 
      理化學研究所與住友化學的研究人員利用胚胎干細胞,在世界上首次成功制作出立體的視網膜組織。該研究成果有望幫助視網膜病患者重獲光明。
南 非 
      南非干細胞技術研究填補非洲空白;艾滋病研究取得突破;納米藥物為肺結核病患者帶來福音。 
      李學華(本報駐南非記者)南非科技與工業研究院在干細胞技術方面取得突破,于實驗室內制備出誘導多功能干細胞,填補了非洲大陸在該技術領域的空白。該技術將幫助科學家找到困擾非洲人民的一些重大疾病的治療方法。 
      南非艾滋病研究中心的科研人員發現,艾滋病病毒的一種特殊屬性可使得感染者產生廣泛中和抗體,能夠殺死全世界范圍內88%以上的艾滋病毒株,這為研制有效的艾滋病疫苗提供了新的思路。
      南非科技與工業研究院開發出一種基于納米技術 的“靶藥物輸送系統”,能利用新型多重乳液噴霧干燥技術,將目前治療肺結核病的4種藥物包裹在聚合物中,制成大小為250納米左右的藥物顆粒。這種顆粒可以使抗生素更容易尋找靶位,進入被結核病菌感染的巨噬細胞,持續并且長時間釋放抗體,促進細胞對抗體的吸收。由此可以降低抗結核藥物的服用劑量和頻率,同時改善病人的服從性。而這種藥物對多種藥物抵抗型結核病(MDR-TB)患者來說,更具有重要意義。其將為MDR-TB患者提供一種簡單、快速、安全和可負擔得起的治療方案。


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