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  • 人类的重大突破:癌症不再是不治之症!

    人类的重大突破:癌症不再是不治之症!

    患者的新曙光      当医生看到比尔·路德维格(Bill Ludwig)的骨髓活检报告时,他们认为发生了错误,并重新进行了测试。但结果还是一样的:他的致命性白血病已经被从未用于人类的实验性疗法消灭了。      “我们原本只希望能有一点改善”,这位72岁的新泽西州退休狱警回忆说。他已经与这场疾病斗争了十年。2010年,在得知这个好消息时,他和自己的肿瘤医生第一感觉是结果错了:“没有人认为我们能治愈癌症。”2017年10月5日凌晨,美国食品药品监督管理局(FDA)批准诺华的CAR-T疗法Kymriah (tisagenlecleucel)上市,用于治疗急性淋巴细胞白血病(ALL),一次治疗的定价为47.5万美元。这是FDA批准的首款基因治疗药物,近些年来广受关注的CAR-T疗法也终于走向市场。现任美国FDA局长Scott Gottlieb博士说道:“我们正在向一个新的医疗创新时代迈进,通过重编病人自身的细胞来攻击致命的癌细胞。基因和细胞疗法等创新科技具有变革医学的潜力,也能让我们在棘手疾病的治疗上迎来转折点,让我们有望治疗,甚至是治愈这些疾病。”CAR-T疗法有多有效?Kymriah的获批是基于一项多中心临床试验,试验对63名难治或复发的B细胞急性淋巴细胞白血病儿童及年轻患者进行了疗效评估,结果显示,在治疗的三个月内,有52人病情得到完全缓解,总体缓解率高达83%。由于微小残留病灶意味疾病有可能复发,研究人员也进行了相关检测,结果在这些缓解的患者中无一人检测到微小残留病灶。*早接受CAR-T治疗的一批人中,有30位白血病病人,他们不是普通的白血病病人,他们已经历了各种可能的治疗方法,包括化疗,靶向治疗,其中15位甚至进行了骨髓移植,但是不幸的都失败了。通常情况下,他们的生存时间不可能超过半年。按中国的说法,死马当活马医,他们成了第一个吃CAR-T这个螃蟹的人。结果这批吃螃蟹的人震惊了世界:27位病人的癌细胞治疗后完全消失!20位病人在半年以后复查,仍然没有发现任何癌细胞!2012年,六岁的艾米丽·怀特海德(Emily Whitehead)在生命垂危之际,成为****位接受试验性CAR-T疗法的儿童患者。像比尔一样,她也出现癌症完全消失的情况。▲12岁的艾米丽在家里后院捕捉萤火虫。2012年,她是****个接受实验性细胞疗法的儿童(图片来源:华盛顿邮报)究竟什么是CAR-T疗法?几十年来,肿瘤免疫学家一直试图利用人体自身的免疫系统来治疗癌症。然而,在早期研究中,大多数调动人体内部的潜能来抗击癌症的尝试,结果都令人失望。失败的原因是研究人员没有大幅提升免疫系统中的主力军——一种名为T细胞的关键免疫细胞的作战能力。而只有提高T细胞识别和攻击肿瘤细胞的能力,免疫系统才有可能在抗癌战役中取胜,否则,无益于要求免疫细胞乘着纸飞机,拿着气枪去战斗。CAR-T (Chimeric Antigen Receptor T-Cell Immunotherapy),即嵌合抗原受体T细胞免疫疗法,是一种新型的细胞疗法。它是在T细胞上嵌入了一种嵌合抗原受体(CAR),该受体能够在识别肿瘤细胞表面抗原的同时激活T细胞杀死肿瘤细胞。说白了,T细胞就好比是一支“普通军队”,CAR-T细胞则是一支拥有了“GPS导航”的“特种部队”,能够**定位到“敌军”肿瘤细胞的位置并将其歼灭CAR-T目前并非万能虽然Car-t的前景如此美妙,但至少目前,其还不是万能的。数据显示:现在依旧有22%的患者不能得到成功治疗,其中有人还在化疗中挣扎,有人已经去世,这是因为癌细胞本身还是具有个体差异的,这也直接导致了这项技术难以大规模工业化制备。”CAR-T细胞治疗确实是有效果的,只不过是针对特定的肿瘤,主要就是血液肿瘤,比如一些白血病和骨髓瘤等。而对于肝癌和肺癌等实体肿瘤,目前并没有明确的临床数据和案例证明CAR-T细胞治疗有效。所以,广大患者要擦亮眼睛,CAR-T是一个很好的治疗技术,但是使用范围是很有限的,防止被一些别有用心的人忽悠。据中国研究型医院学会生物治疗学专业委员会主任委员、解放军总医院生命科学院分子免疫学研究室主任韩为东介绍,尽管Kymriah展现出了惊人的疗效,但其规模生产的稳定性、长期的毒性,以及市场的认可程度等尚需时间检验,还有相当长的一段路要走。CAR-T作为前沿技术,目前还不是肿瘤治疗的**方案,而是推荐应用在传统治疗手段已经无计可施的重症病例上。2016年5月,21岁的癌症患者魏则西在武警北京总队第二医院(武警二院)接受生物免疫疗法治疗后,医治无效死亡。事件引发了广泛、多视角的争论与交锋。单从技术迭代的角度看,CAR-T疗法属于免疫细胞疗法的第四代技术;武警二院所采用的CIK-DC疗法属于免疫细胞疗法的第二、三代疗法,美国也曾开展过临床研究,可惜没有大规模临床试验证明其有效,美国已鲜有开展相关的研究。在中国,有一批机构在缺少大规模、正规的临床试验的情况下,直接开始推广已经过时的免疫疗法,并收取高额费用,也让人们们不能不提高警惕。细胞免疫治疗设备或迎风口根据美国国家卫生研究院下属网站Clinicaltrials.gov的统计,目前全球范围内的CAR-T技术临床在研案例共有123例,集中在美国和中国,分别为67例和47例。有关CAR-T的临床试验数量,美国去年增长了25%,而中国的增长率则达到了70%。目前,只有包括美国通用电气公司(GE)等为数不多的工业厂家涉足CAR-T治疗的相关工业化设备制造。以朱诺为例,其**财务官(CFO)哈尔(Steve Harr)对第一财经记者表示,目前朱诺在技术和设备投资的成本花费上的水平几乎对等,但在今后5~10年,他们一定会将更多资金用在设备和仪器的布局上。CAR-T是为数不多的中国不落后于西方国家的药品研发领域,我国已经将肿瘤免疫治疗、CAR-T细胞治疗等新型诊疗服务纳入“十三五”发展规划中,中国方面对CAR-T的研究势头迅猛。国家药审中心**科学家何如意曾表示,现在国内有几十家企业都在此类研发。除了大手笔引进Kite制药CAR-T产品中国市场开发权利的复星医药外,国内其他在CAR-T疗法布局的公司还包括西比曼、博生吉、安科生物、恒瑞医药、中源协和……等。如今诺华CTL-019获得FDA批准上市无疑增加了这些公司的信心。临床试验数据网站Clinicaltrials.gov显示,中国登记的CAR-T相关临床研究数量仅次于美国,截至2017年3月30日,全球注册的关于CAR-T的临床试验有310项,其中中国研究者贡献89项:2015年共有15项,2016年注册49项,2017年前三个月新增10项。
    10-13 2017
  • 从牛顿的“人造彩虹”到光谱仪,检测新“利器”应用更广!

    从牛顿的“人造彩虹”到光谱仪,检测新“利器”应用更广!

                1666年,23岁的牛顿在幽暗房间的护窗板上开了一个小孔,一束太阳光进入并从放置好的玻璃棱镜上传过,诞生了科学史上有名的“人造彩虹”——那束折射到墙上的光不仅是变宽的光点,更是红、橙、黄、绿、蓝、紫排列的彩色光带。牛顿又将这条“人造彩虹”通过反向放置的第二个棱镜重新结合,又变成了白色的光。  一直以来遵循着“日出而作,日落而息”的人们,第一次认识到了习以为常的“光”也是一个神秘的复杂体。随着科学的不断进步与教育的广泛普及,现代的人们早在孩提时代就知道了下雨过后的彩虹并不是天上神仙的“拱桥”,而是由于光线照射到空气中的水滴形成反射和折射后产生的。  人们日常生活中所见的光,是由多种颜色构成的复色光,通过棱镜,或者类似棱镜功能的水滴等分光后显现的就变成了颜色各异的单色光。这些单色光按不同波长(或频率)大小依次排列形成的图案,就是光谱。图1:可见光谱 光谱分析是人类借助光认知世界的重要方式。地球上不同的元素及其化合物都有自己独特的光谱特征,光谱因此被视为辨别物质的“指纹”。如果说肉眼能看到物质的形状、尺寸等信息,光谱分析则能获取物质的成分信息,帮助我们看清事物的本质。光谱仪又叫分光仪,是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器,由棱镜或衍射光栅等构成。通过光谱仪分析不同物质的光谱,可以探查出许多重要信息,比如未知星球的表体信息、钢材和宝石的品质、爆炸物特性等等。  前段时间火爆的纪录片《我在故宫修文物》中就有这样一个例子:描绘乾隆皇帝的母亲崇庆皇太后八十大寿时现场祝寿实景的《崇庆皇太后八旬万寿图》,历经250多年之后非常残破,绢面有缺损断裂,甚至还有霉迹。要想恢复原作风貌,修复时就要了解当时所用的颜料。  科研人员利用光谱扫描仪对古画颜料进行了扫描,提取了古画颜料信息,由此推算出当初绘画所用矿物原料的种类。根据不同颜料产地光谱曲线的差异,科技人员甚至还能反推出颜料的产地——这就为修复选用**颜料提供了依据。  其实,光谱仪的应用不止于此,光谱仪的研发离我们也并不遥远。有专业调查机构预测,在2015至2021期间,整个光谱仪器市场年增长率为7%,而小型/微型光谱仪的复合年增长率将达11%,2021年市场将达3亿美元。从这些数据可以看出,光谱市场发展前景较好。    伴随我国经济迅速发展,人民生活水平提高,不论是在工业还是生活方面,产品质量愈加受到关注,各类检测需求不断涌现,这就促使光谱仪器的市场逐渐扩大。中科院深圳先进院集成所精密工程中心副研究员林慧博士及其团队就一直致力于光谱仪器的核心器件、仪器的整机设计和应用解决方案的研发。在过去的7年里,他的团队研发的食品安全快速检测仪已经在贵州省食品药品监管部门推广应用;药物质量在线监控系统已在三九皮炎平生产线顺利运行。  林慧博士介绍,光谱仪的应用方向包括食品药品检测、生化检测、环境监测、照明检测、石油化工、航天军工等,关乎我们生活的方方面面。根据检测目标的要求,才能从技术上**定义*适合的光谱仪器方案。比如有的场合适合用高精度的大中型光谱仪,有的场合适合用便携式或超微型光谱仪;有的样品对光谱分辨率要求高,有的样品对光谱重复性要求高。  光谱仪是如何帮助人们进行检测的呢?以市面上销售的橄榄油、核桃油等高端油品为例,由于这些油营养价值丰富,所以相应价格也较一般食用油更贵,所以有的不法分子在其中掺入其他便宜油种来欺骗消费者,从而赚取利润。如何不通过人的视觉、嗅觉、味觉等感官体验来检测油品是否掺假呢?通过近红外光谱方法有望建立起一套快速有效的评价标准。研究人员将主要的橄榄油品类进行光谱扫描,基于采集的数据建立起标准光谱数据库,在此基础上开发一套定性鉴别或定量检测的化学计量学分析算法和准则。有了这样一个准则,之后的油品检测都可以与此进行比较,鉴别真伪。    从光谱仪的发展趋势来看,实验室级大型光谱仪器的市场已趋于稳定,而工业和生活中的光谱检测应用不断扩大,因此,林慧博士和团队将重点放在适合于现场快速检测的光谱仪器,尤其是便携式光谱仪的研发上。如团队历时一年多开发的多功能食品快速检测仪,其内嵌了便携式光谱仪模块,利用不同化学物质的特征光谱吸收峰,可以在一台机器上实现农药残留、化学添加剂、重金属等多个项目的定量快速检测,从而大大提高了食品监管部门的效率。该产品已经获得广东省计量院校准证书,并在市场上推广应用。再如前文提到的已在三九皮炎平生产线中使用的近红外药物质量在线检测系统,通过对皮炎平乳膏混匀过程中的光谱信号的实时采集和分析,能够监控醋酸地塞米松、樟脑、薄荷脑等三种主药的成分是否在合格范围,从而判断药物是否进行了充分混合。该系统已在华润三九制膏生产线顺利运行,提高了三九皮炎平的生产质量控制水平。  图:林慧团队研发的基于便携式光谱模块的食品安全检测仪        *近,林慧博士和团队关注便携式光谱仪在健康检测中的应用,正在研发面向心脑血管疾病监测的血小板功能检测仪。心脑血管疾病已成为目前全球死亡率**的疾病,且有越来越年轻化的趋势。服用抗血小板聚集药物如阿司匹林、氯吡格雷等是临床上预防、治疗血栓性疾病的普遍措施,但目前的抗栓药物治疗基本上采用普适原则,从而会引发两个不同方向的问题。一方面,对于约10%的患者而言,抗血小板药物剂量过大,在缺血事件得到控制的同时,出血事件概率增加。另一方面,约有30%的患者会出现用药抵抗,血栓概率增加5倍!通过研发基于散射光谱技术的血小板功能检测仪,可以监测患者的血小板聚集情况,将为个性化科学用药提供依据,也有利于提前发现隐患并进行干预。    随着光谱应用外延的不断扩大,便携式光谱仪也许还不够,能够被更多人使用的超微型光谱仪已经成为产业界与学术界关注的焦点。超微型光谱仪实际上就相当于一个传感器,被誉为“口袋中的实验室”,具有体积小(U盘大小)、价格低廉的优势。只有超微型光谱仪能成功并推广,光谱仪器才有可能跳出仪器的范畴,走进千家万户。目前,只有日本滨松公司在2015年推出了超微型光谱仪模块产品,而我国尚属空白。林慧博士及其团队已经将未来的目标瞄准了超微型光谱仪这一前沿课题,以应用为导向,以微纳技术为核心,力求帮助人们实现日常检测的愿望。比如对一些高端的酒类产品的快速鉴别,由于造假技术越来越“出神入化”,单凭嗅觉和视觉去判断真假已经很困难,但如果只有通过饮用才能判断真伪又“为时晚矣”,超微型光谱仪技术有望为类似场景提供参考依据。此外对于爱美的女士和妈妈,美容类产品和母婴类产品的检测需求也越来越多,超微型光谱仪可以快速检测相关产品的有害成分、也可以测定皮肤健康度等等。    超微型光谱仪本身就是一个高度集成的模块,从技术和成本上都不可能复制购买核心器件再集成的方式,需要从设计、工艺上一气呵成。目前,我国与国际先进水平的差距主要是在基础零部件,因此必须掌握器件技术,包括衍射光栅和微纳工艺,才能建立核心竞争力,为产业化奠定基础。图:林慧团队自主研发的凹面光栅器件以及与手机适配的微型光谱仪模组 可以想见,未来,人们携带着超微型光谱仪,能够对食品的营养成分和品质进行快速分析,能够对健康指标进行快速监测,人们的健康就有了科技手段做保障。林慧博士说:“光谱仪器体积越来越小,价格越来越低,应用越来越广,光谱仪器微小型化后,价格会变得非常低廉,总有一天可以走向普罗大众。”    光谱仪是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器,由棱镜或衍射光栅等构成,利用光谱仪可测量物体表面反射的光线。阳光中的七色光是肉眼能分的部分(可见光),但若通过光谱仪将阳光分解,按波长排列,可见光只占光谱中很小的范围,其余都是肉眼无法分辨的光谱。通过光谱仪对光信息的抓取、以照相底片显影,或电脑化自动显示数值仪器显示和分析,从而测知物品中含有何种元素。这种技术被广泛地应用于空气污染、水污染、食品卫生、金属工业等的检测中。
    08-16 2017
  • 香港检出欧洲“毒鸡蛋” 官方停售下架!事件蔓延,氟虫腈该如何检测?

    香港检出欧洲“毒鸡蛋” 官方停售下架!事件蔓延,氟虫腈该如何检测?

    欧洲10国的鸡蛋及蛋类产品,被验出违禁杀虫剂氟虫腈成分超标,可能对人体健康造成不良影响。8月4日,香港食物安全中心在市面抽取不同批次的两个荷兰进口鸡蛋样本检测,也发现杀虫剂氟虫腈含量超标。涉事的鸡蛋商品名为“滋味新鲜荷兰啡蛋”,分別含百万分之零点零六四及百万分之零点零五五的氟虫腈,已超出香港法例规定的百万分之零点零二的上限。受杀虫剂氟虫腈污染的“毒鸡蛋”风波在欧洲愈演愈烈,而氟虫腈在食品中的**残留限量和检测方法又是怎样的呢?杀虫剂氟虫腈污染鸡蛋   受杀虫剂氟虫腈污染的“毒鸡蛋”风波在欧洲愈演愈烈,不但导致荷兰、比利时和德国的零售商下架数以百万计的鸡蛋,英国、法国也通报发现了进口自荷兰的问题鸡蛋。  氟虫腈是可杀灭跳蚤、螨和虱的杀虫剂,人如大剂量食用可致肝功能、肾功能和甲状腺功能损伤,它被世界卫生组织列为“对人类有中度毒性”的化学品。  “毒鸡蛋”6月初首先在比利时发现,该国食品安全局**发现从荷兰进口的鸡蛋中含有氟虫腈,荷兰随后启动调查。氟虫腈的污染源头直指荷兰一家名为“鸡之友”的农场杀虫服务公司,其客户不仅包括荷兰180家农场,也涉及法国、英国、德国和波兰的农场。  “毒鸡蛋”风波的复杂性还在于,荷兰是欧洲禽类产品主要出口国,有许多国家进口荷兰鸡蛋,还有许多国家的农场使用“鸡之友”杀虫服务,而该公司可能从2016年6月起使用的抗虱杀虫剂中就含有氟虫腈。  据欧盟规定,欧盟范围内销售的鸡蛋可通过独特的数字号码溯源,这为受波及国家召回或下架数以百万计的问题鸡蛋提供了条件,消费者也可以通过荷兰披露的问题鸡蛋编号而自行排查。 鸡蛋中氟虫腈**残留限量:  欧盟规定:鸡蛋和鸡肉中氟虫腈**残留限量为0.02 mg/kg。  国际食品法典规定:氟虫腈在蛋中的**残留限量为0.02 mg/kg,家禽肉中的**残留限量为0.01 mg/kg。  中国GB2763-2014中明确了氟虫腈在谷物、蔬菜中的**残留限量,对于其在蛋类和禽类中的**残留限量没有做出规定。  我国规定2009年10月1日起禁用氟虫腈。虽然氟虫腈防治水稻二化螟和卷叶螟效果很好,但是其对环境极其不友好,即会对农作物周围的蝴蝶、蜻蜓等造成影响,所以国家还是下定决心将其禁用。目前,仅可用于家庭卫生害虫。 氟虫腈检测方法:   SN/T 1982-2007 进出口食品中氟虫腈残留量检测方法 气相色谱-质谱法  SN/T 4039-2014 出口食品中萘乙酰胺、吡草醚、乙虫腈、氟虫腈农药残留量的测定方法 液相色谱-质谱/质谱法GB/T 23204-2008茶叶中519种农药及相关化学品残留量的测定 气相色谱-质谱法
    08-16 2017
  • GEN:以干细胞为桥梁,借助技术创新,实现对疾病治疗的突破

    GEN:以干细胞为桥梁,借助技术创新,实现对疾病治疗的突破

    5月底,GEN网站发表一篇论述干细胞市场格局的文章。作者指出,从2012年至2016年PubMed文献库共录入125,692篇学术文章,干细胞学术研究投入正以超5%的总体增长率上升。从上游的干细胞存储、中游的干细胞药物开发到下游的干细胞治疗,围绕干细胞的产业链体系已经趋向完整。 干细胞因其能够自我更新复制、具有多向分化的独特功能而备受科学家青睐,它是转化医学、再生医学、**医学的重要基础和实现手段。ViaCyte公司**科学官Kevin D’Amour表示,这种快速发展得益于大量的基础研究工作。ViaCyte研究团队数十年来一直致力于分离、培养、纯化胚胎干细胞。现在,这项技术开始运用于临床研究,使其真正实现价值。 每个人都可以预见干细胞治疗的巨大潜力,但是瓶颈在于跨越细胞本身与实现治疗的鸿沟。这也是很多研究团队、医药企业正在努力和创新的方向。 神经干细胞库 神经干细胞治疗中枢神经系统疾病是一个前沿领域。目前,StemCells公司已经在临床前、临床试验中取得了积极的结果。该公司掌握了一套从胎儿脑组织中分离、纯化、放大并低温保存神经干细胞的技术,并以此构建了一个人类神经干细胞库(HuCNS-SC?)。保存的神经干细胞可以直接用于移植。 该项目起始于1999年,并于2009年完成首例临床试验。*初因为政策、安全性问题进展缓慢。公司总裁兼**执行官Ian Massey博士表示,考虑到一旦移植进入人体就没有办法删除干细胞,研究团队一直严谨操作。 现在,得益于研究的谨慎、坚持,StemCells已经掌握安全可靠的大规模数据,能够很好的支撑该技术实现转化。鉴于多年临床前、临床早期试验,HuCNS-SC治疗体系已经建立。现在,研究团队开始寻找支持干细胞治疗疾病更多的证据,特别是移植后神经干细胞的自我更新、迁移、分化过程。HuCNS-SC是纯化的神经干细胞库。图中所示细胞群是在Leica SP2共焦显微镜下观察的图像。这些神经干细胞保持有自我更新、多项分化的能力。 Massey博士表示,这项技术的潜在能力在于通过内源性补给神经营养因子治疗中枢神经系统疾病,因为这类干细胞能够生成新的神经元、少突胶质细胞和星形胶质细胞。此外,借助基因编辑,这些神经干细胞还有望被修改为蛋白质工厂。当下,我们正处于一个良好的时机,去验证它们是否能够实现医学突破。神经干细胞很有可能能够应对目前没有有效治疗方案的疾病。 封装干细胞干细胞治疗1型糖尿病的优势在于它可以成为补充胰岛素细胞的资源,还能作为免疫调节剂减轻自身免疫反应。但是这一疗法首要面临着“低值入率”的问题。科学家提出一种“细胞封装”(encapsulation)技术,能够突破免疫限制实现干细胞的植入。 ViaCyte公司研发的VC-01?胰岛素替代疗法就是运用了该封装技术,它由两部分组成:在体外从多能干细胞诱导获得的胰腺前体细胞群,以及一种巨囊化装运设备。这一特殊设备被称为 Encaptra?,负责装载、运输治疗细胞。它可以植入皮下组织,并将前体细胞运输至需要分化出胰岛细胞的部位。图中所示的是ViaCyte的PEC-01 胰腺祖细胞被封装在Encaptra运输系统中。一旦植入人体,胰腺祖细胞能够分化成分泌各类激素的胰腺细胞,包括胰岛素、胰高血糖素和生长抑素。 D’Amour博士强调,这一替代疗法的临床目标是“治愈”1型糖尿病。这里之所以加引号,是因为它并不会更改自身免疫致病机理,而是通过取消患者需要不断检测血糖、注射胰岛素的繁琐过程,帮助患者对抗疾病。目前,VC-01?胰岛素替代疗法正处于临床Ⅰ/Ⅱ期试验阶段。数据显示,植入12周后,前体细胞开始促进细胞生成并血管化,**分化成β细胞。 对于糖尿病而言,VC-01?胰岛素替代疗法有望成为**将多能干细胞应用于治疗的成功案例之一。作为一个概念性验证,它将对再生医学领域产生巨大影响。此外,细胞封装技术有望用于多种细胞治疗中,旨在取代分泌激素细胞。 干细胞构建器官芯片 采集干细胞并培养在芯片上,以模拟和构建人体器官的技术被称为“微型器官”,是干细胞应用领域又一个新奇技术。这种微型装置可以实现非侵入性监测,相比于传统设备更有利于数据的读取。 中佛罗里达大学纳米科技中心教授、Hesperos公司**科学家James Hickman 博士是该领域的专家。Hickman博士表示,微型器官并不是通过检测20种生物标记物简单确定肌肉是否收缩,而是直接能够测量肌肉的收缩力。它是一个真正的表型系统,其优势在于能够直接读取数据。图示即Hesperos公司的微型器官系统,可以模拟肝脏、心脏、骨骼肌和神经功能。芯片系统可以通过生化检测、微电极阵列评估细胞功能和活性。 值得注意的是,这种技术可以用于评估不同器官模型之间的互作情况。例如,一种治疗心脏病的药物经过肝脏降解后会产生毒素,所以提前评估药物在多种器官的互作情况很重要。研究人员通过这种芯片能够实现演示。 Hickman 博士解释:“当我们将肝脏剔除系统,结果发现心肌细胞不受毒素影响。但是将肝脏加入系统,我们发现了损伤心脏的毒素。”所以,微型器官系统有利于推动个性化医疗。Hickman博士强调,你可以从多种患病组织中采集成体干细胞,在实验室芯片培养,以此验证不同种治疗药物的效果,实现个性化医疗。此外,该技术有望应用于快速、低成本地构建疾病模型,从而取代动物模型。这有利于减少动物甚至人类临床试验风险。借助芯片构建多种疾病模型,包括癌症、糖尿病、遗传学疾病,将有利于我们跨越伦理限制、更快速的投入疾病研究中。 基因编辑干细胞 随着基因编辑技术的发展,干细胞基因组编辑也成为该领域一个关注热点。例如Sangamo Biosciences公司的 Edward Lanphier正带领团队专注于这一研究,通过锌指核酸酶(ZFNs)修改干细胞中与临床相关的特定序列,再将修饰后的细胞移植入人体实现疾病治疗。ZFNs是Sangamo Biosciences公司的核心技术,而其他包括 CRISPR/Cas9 或者 TALEN 编辑技术也可以实现这一目标。 Lanphier团队借助ZFNs扰乱艾滋病患者造血祖细胞的CCR5基因,旨在实现免疫系统免受病毒感染并增强抗病毒的能力。借助干细胞治疗,不再需要抗逆转录病毒慢性治疗,从某种意义上而言这实现了治愈艾滋病的目的。
    06-17 2016
  • 日本科学家研发仿生皮肤,可触探到肿瘤部位

    日本科学家研发仿生皮肤,可触探到肿瘤部位

    皮肤是人体**的器官,是连接脑部与外部世界的一道墙。畅想一下,如果皮肤能够传达出人体内部的情况,会是一种什么样的场面。它可以告知外科医生,在我们身体将要生病时发出警报,甚至仅凭触摸就能诊断另一人体所患有的疾病。东京大学的科学家Takao Someya正在将这一景象化作现实。Someya发明了一种仿生的或者可以说是电子的皮肤(e-skin),它将赋予人类全新的灵敏感知能力。这电子皮肤轻如鸿毛,但却极难摧毁,终有一日,它将为医学领域带来巨大变化。 医疗保健的未来?Someya正在为这样的未来努力着:医生们戴着用他这项技术做出来的定制手套,仅凭触摸就能检测到女性乳房中的肿瘤。这能减少转诊和扫描身体的需要,还可以尽早检测出肿瘤——譬如在常规体检时。 巨大的可能性这些可穿戴的仿生皮肤既可以纹到我们身上,也可以只是缝在衣服上。它们能用于监测人体的生命体征,甚至能通过监测我们的心脏状态来协助医生预知可能出现的心脏病突发风险。Someya计划在未来几年中就彻底完成这项技术的开发。 不过,他这一愿景始于机器人——而非人类。“我想象的未来画面是,一个机器人能通过与人握手,检测出对方的情绪——例如热情或伤感。”他认为,为机器人设计e-skin能够在已经饱和的商业电子领域之外创造出一个新的研究潮流,那时的商业电子产业要么专注于研发微型机器人,要么就是让机器的行动更快速。不过这是15年前的事了。 在今天看来,有了他实现的这些技术**,当时他想象的画面已不是那么遥不可及了。这位电子工程教授说道:“21世纪初期,我才刚开始进行研究,那时柔性电子材料刚刚兴起,但是大多数人都是想要开发电子纸。而我则想要做一些主流以外的事情。”人造皮肤早就有了,但它们还不够**。那些能够探测温度和压力的人造皮肤不够柔软,只是一堆具备一定功能的僵硬电子材料。而且它们的造价太贵了,要想造出足以覆盖一个机器人肢体的数量,花销太大。Someya想要打破所有这些局限性,可这并不简单。人类相仿的触觉人类肌肤十分复杂,要模仿它并不容易。如果将一个正常成年人的皮肤完全摊开,其面积约有20平方英尺,含有2百万个痛觉受体,数量多得令人咋舌。Someya知道,在一个驱动电路中接入2百万个传感器,任何电子皮肤都会失去柔软性。 2003年,他开始将硬邦邦的电子材料——如硅胶——置换成灵活、有机的材料,譬如二萘并-并二噻吩(DNTT),这种材质常用于制作纸币上的安全箔条。一开始,他选择用柔软且能与生物兼容的有机半导体来连接传感器,使之具备可检测压力和30-80度温度的能力。然后,他把这些材料铺到“有源矩阵”方格网中(该材料常用于制作液晶显示屏),让每个传感器在网格中都有自己的一个确切坐标。这就避免了缠结电线的需要。之后他还想出了个绝妙的主意。Someya的同事们都把传感器放置于刚性表面上,如超薄玻璃和钢箔上,而Someya的团队则选择了放到塑料薄膜上。塑料不仅出乎意料地结实,而且还便宜,裹在机器人尖细的金属手指上也不会破。这是世界上第一款超薄又柔韧的电子皮肤,想象力的延展,尽管取得了这些成果,Someya的研究还面临着一个重大的难题——这电子皮肤不能伸展。与此同时,美国的普林斯顿大学中,一组由席格德·瓦克纳教授带领的团队已经开始用橡胶作为表面材质制造可伸展的电子皮肤。Someya 的团队很快进行了学习,并开始将他们的有机传感器网格用喷墨印刷的方式印到塑料薄膜上,然后将其压缩至预先拉伸开的橡胶基底上。松开橡胶后,塑料薄膜便收缩回来,且具有纹路——就像真的皮肤一样——而再次拉伸橡胶的时候,薄膜也会伸展开来。这一材质能够贴进机器人关节的凹槽里,就像把聚乙烯膜贴在它的手臂上一样。他的电子网格可以被拉伸放大至250%,然后像揉纸团一样弄皱后,从一米高处扔下也不会破损。这可能有违逻辑,但是塑料电子皮肤越薄,它们就越结实。2005年到2013年之间,Someya 和他的团队不断制造越来越薄的塑料膜,**完成的塑料膜厚度仅为1微米,是普通塑料包裹膜厚度的十分之一。它的敏感度可与人类皮肤相提并论了。Someya说:“此时,我们意识到,电子皮肤不应只限于用在机器人身上。我们开始将超薄塑料膜放到人类的皮肤表面。”超灵敏人类将出现2014年,Someya团队在一次手术中把一片电子皮肤放到一只老鼠的心脏上长达三小时。这一智能皮肤良好呈现出了老鼠的心电图信号,能够检测到老鼠心脏缺陷的状态。Someya说:“这一技术在未来可能会用于人类医学。”用电子皮肤给心脏带来的压力会比传统电极要小。斯坦福大学化学工程系的鲍哲南教授正在开发能进行生物降解的材料,这意味着,放入人体中的电子皮肤将无需移除。鲍教授说:“可移植的医学设备可以测量心电图、特定器官的大小和其随时间流逝而发生的变化。”2015年,鲍的团队发布的论文称,超声波近距离传感器已经在机器人身上进行实验,以防止它们与物体发生排斥反应,而这一技术也可以用于检测光凭触摸无法诊断出的小型体内肿瘤。今年早些时候,Someya的团队发布了一款可监测氧气含量的电子皮肤。其指数可通过微电子元素以红、绿或蓝显示出来。手上的超薄电子皮肤能在运动状态下作为电子显示屏来使用。它还能用于多种商业用途,例如播放媒介。Someya的*终目标是,这样的电子皮肤能用在手术中,检测人体器官内的氧气含量。不过,电子皮肤的另一用处则能够增强当今外科修复学的功能。如果把智能皮肤安置于人的上臂,它就能检测脑波,然后把信号传达到假肢,让它完成相应的动作。智能皮肤有着无限的可能性,不仅是在医学领域,它在游戏竞技和个人健康监测方面都有着极大的潜力。 超越药物去年11月,Someya邀请Ichiro Amimori为他所完成的项目建立一个衍生公司。2016年,在世界**的科技论坛CES上,Amimori发布了一款用于虚拟现实游戏竞技中的动态感应套装。这个套装在布料内安装了电路面板,内含可监测动作、呼吸和身体温度的传感器,它甚至可以机洗。他的团队还开发出了适用于婴儿的动态感应套装,让父母们即便不在家也可以监测孩子的一举一动。Amimori说:“现在,这些产品还处于模型阶段,还是有一点未来感的。但是,它正在变为现实。我们已经计划好了将Someya的科技带到现实世界的每一步。”Someya说,自他的突破性发明问世以来,电子皮肤领域便热门起来了,为了使之可穿戴,全世界的各种团队都在研究如何攻破剩余的难题。 但是,他的科技梦想延伸得很远很广,现在又回到了他的起点——通过科技联结人类。他说:“我们的**目标,我们的梦想,就是通过充分利用软性电子科技让人类和机器人之间和谐共处。人类更了解机器人,机器人则更接近人类。”
    06-12 2016
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