中国工程院发布《全球工程前沿2022》报告_潘锋.pdf
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1、中国当代医药2023年1月第30卷第3期CHINA MODERN MEDICINE Vol.30 No.3 January 2023封面报道文图/中国当代医药主笔 潘 锋中国工程院发布 全球工程前沿 2022 报告工程前沿是指对工程科技未来发展有重大影响和引领作用的关键方向,是培育工程科技创新能力的重要指引,具有前瞻性、先导性和探索性的特征。2022年12月15日,中国工程院、科睿唯安、高等教育出版社联合发布全球工程前沿2022报告(简称“报告”)。自2017年起全球工程前沿研究项目依托中国工程院 Engineering系列期刊,每年邀请相关领域院士专家开展并做前沿解读,研判工程科技创新前沿方
2、向,引领工程科技未来创新发展。全球工程前沿2022报告围绕机械与运载工程、医药卫生等9个领域,共研判95项工程研究前沿和93项工程开发前沿。其中,医药卫生领域课题组组长为中国工程院院士陈赛娟教授,院士专家组成员包括:张伯礼院士、王辰院士、陈香美院士、张志愿院士、王琦院士、宁光院士、高天明院士、徐兵河院士、赵铱民院士、蒋建东院士、王锐院士、姜保国院士、田金洲院士和陈可冀院士等。医药卫生领域组所研判的Top 10工程研究前沿涉及基础医学、临床医学、医学信息学和生物医学工程、药学、中药学等学科方向,包括“实体瘤的免疫异质性及干预策略研究”“干细胞衰老”“3D打印和器官再生”等。医药卫生领域Top 1
3、0工程研究前沿发展态势,将成为未来国内外生物医药研发和临床医学研究竞逐的“新赛道”。肿瘤研究重要前沿领域Top 1实体瘤的免疫异质性及干预策略研究。实体瘤中普遍存在免疫微环境的异质性,并且随着肿瘤的发展以及治疗干预而在空间上或时间上发生变化。这种免疫异质性与疾病进展和治疗反应性密切相关,准确了解免疫异质性、开展相应的干预策略研究,对于临床中正确评估免疫异质性、促进更加有效的个体化治疗发展至关重要。在多部位活检取样、多组学测序、单细胞测序以及纵向液体活检(liquid biopsy)等方法的帮助下,一系列研究进展显示了肿瘤免疫异质性的复杂性及其在指导临床诊疗策略中的潜在价值。目前主要的研究方向包
4、括:建立健全免疫异质性的诊断技术;开发免疫异质性研究的新模型;发展针对免疫异质性的治疗策略,如利用细胞毒剂、光动力疗法等新型治疗策略诱发表位扩展与漂移增强免疫原性;利用联合治疗手段克服异质性等。作为肿瘤治疗研究的重要前沿领域,世界多国对实体瘤的免疫异质性均有较大的研究投入,并开展了广泛的合作。报告认为,我国目前处于与国外同类研究跟跑的态势。未来仍需利用我国在临床样本资源方面的数量优势,建立实体瘤免疫微环境异质性研究平台,建立体系化肿瘤样本生物资源库和信息库;强化空间组学等新兴研究技术在解码肿瘤免疫异质性中的应用;进一步加强免疫异质性研究的新模型与新技术研究;积极开展临床试验,鼓励多模式联合治疗
5、;加强国际合作,推动数据共享,推动精准免疫治疗水平发展。Top 2肿瘤动态演进机制研究。肿瘤的发生发展是不断变化的动态演进过程。人体健康组织产生体细胞突变、染色体重排、拷贝数变异等改变后导致基因组不稳定,抑癌基因丢失、原癌基因激活,从而获得恶性表征。早期驱动祖先突变逐步延伸出多点分支突变,形成不同亚克隆。在微环境和治疗等压力下,优势克隆持续被选择,出现肿瘤进展、转移和耐药,这些分子事件参与肿瘤的各个阶段。对肿瘤动态演进机制的认识,很长时间内局限在肿瘤细胞基因组本身,随着技术的进步和研究的深入,表观遗传畸变和微环境互作网络等机制也被发现能够促进演变。发育过程中,细胞身份可被表观遗传编码,肿瘤中也
6、是如此,DNA甲基化、染色质可塑性和组蛋白修饰等表观遗传调节可以控制基因的“开”或“关”,诱导基因表达的瞬时变化,从而影响肿瘤进化。而肿瘤微环境,包括血管、免疫细胞、成纤维细胞、基质等,对肿瘤细胞施加直接的选择压力,同时肿瘤细胞的适应陈赛娟院士在学术论坛上致辞1封面报道中国当代医药2023年1月第30卷第3期CHINA MODERN MEDICINE Vol.30 No.3 January 2023性改变也会塑造微环境。报告认为,对肿瘤动态演进机制的研究正逐渐走向系统化、整体化、深入化,其中高通量测序和单细胞技术的飞速发展无疑起到了极大的加成作用。理解肿瘤动态演进机制对于癌症的预防、诊断、预后
7、分层、耐药的识别和新型治疗策略的开发至关重要。Top 8新生抗原产生及其在肿瘤免疫中的作用机制。肿瘤新生抗原来源于肿瘤细胞发生的体细胞突变,这种突变如果发生在编码蛋白质的区域,就会造成其所编码的蛋白质发生相应的氨基酸突变。新生抗原是T细胞识别肿瘤细胞的天然靶点,新生抗原不同于肿瘤相关抗原,新生抗原具有个体化特征,以往的实验技术很难在个体水平上对新生抗原进行分析。直至基因测序成本大幅度下降,人类才有机会对同一个体不同来源的细胞进行比对性基因测序,在组学水平上对肿瘤细胞的体细胞突变进行分析,并解析相应的新生抗原。2010年,Nature首次报道了患者肿瘤组织和对照组织的全基因组对照测序结果,被检测
8、的肺癌细胞存在20 000多个体细胞突变、黑色素瘤细胞存在30 000多个体细胞突变。2017年,Nature又率先报道了利用肿瘤体细胞突变分析新生抗原,再设计相应的个体化疫苗,观察到注射疫苗患者的免疫响应和实际疗效。从此,一个全新的研究领域诞生。报告认为,由于新生抗原不仅在肿瘤治疗方面有重要意义,其在难治性疾病如糖尿病、动脉粥样硬化、阿尔茨海默病等的发生发展中也扮演着重要的角色,人工智能预测新生抗原已经成为国内外研究者竞争的新赛道。生物信息学和人工智能技术在医学上显示了前所未有的重要性。我国学者在该领域的研究与国外的差距不大,尤其是在人工智能分析技术方面还具有不少优势。在转化医学研究方面也有
9、不少成绩:新生抗原T细胞治疗技术和新生抗原 树突状细 胞(dendritic cell,DC)疫苗都已经获得了国家药品监督管理局药品审评中心进行临床试验的批准,新生抗原多肽疫苗、新生抗原mRNA疫苗和新生抗原DNA疫苗等都在快速研究中。干细胞衰老与3D 打印Top 3干细胞衰老。干细胞是一类具有自我更新能力和分化潜能的细胞,在维持组织器官结构和功能、应对损伤修复等方面发挥着关键作用,是组织再生的源泉和器官稳态维持的根基。随着机体年龄的增加,干细胞数目减少、功能渐进性衰退,致使组织再生能力减损,进而导致组织稳态失衡和一系列衰老相关疾病的发生,包括神经退行性改变、造血和免疫功能紊乱、生殖能力降低、
10、肌量减少、骨量减少和肺纤维化等。因此,深入解析干细胞衰老的分子机制,挖掘调控干细胞内源与外源微环境的重要因子,进而发展可增强干细胞的稳态和功能的新方法,对于干预衰老相关疾病和实现健康长寿具有重要意义。报告介绍,近年来,干细胞研究领域取得了一系列突破性进展,包括鉴定出不同类别的成体干细胞、探索其功能调控的分子机制,以及利用小分子诱导等手段维持特定类型干细胞的动态平衡等,但干细胞衰老研究领域目前仍面临诸多挑战。因此,发展干细胞衰老研究新模型与新技术,利用多学科交叉手段开展多维度、多层次研究,系统解析不同类型干细胞衰老的特性和共性调控机制,有助于实现激活衰老干细胞的再生潜能,系统重建组织或器官的稳态
11、与功能。同时,这些研究将为建立干预衰老及相关疾病的干细胞治疗平台提供技术储备,也将为延缓衰老和防治一系列衰老相关疾病提供重要依据。Top 93D打印和器官再生。体外再造具有生理功能的人工器官对于病变器官的修复和替换具有重大意义,是生物制造的前沿课题。生物3D打印是制造人工器官的主要方式,通过3D打印机控制细胞在时空上的三维可控组装,构建具有生物活性的功能体。其中,细胞和生物材料为基本单元,用来制备生物墨水作为打印原料,生物3D打印是生命科学、材料、工程和信息等诸多大学科大交叉诞生的新兴学科,可为21世纪再生医学、先进医疗器械等生物技术产业发展提供新的技术手段与机遇。人体器官由多种类细胞在多尺度
12、和多维度上精准组装而构成,由细胞间及细胞与细胞外基质微环境间的复杂相互作用赋予器官特定的功能。如何控制多细胞复杂的相互作用是决定人工器官能否精准构建的关键,这对生物3D打印提出了多种挑战,包括需要各种细胞;需要合成具有优异生物相容性、可打印性、可培养性且匹配细胞外基质物化特性的生物墨水;必须具备高存活率下高精度打印多种类细胞的能力,且能够在宏微尺度精准控制其空间位置分布;需要保证不同尺度器官长期培养的营养供给及物质代谢流通;打印的人工器官必须能够在外界诱导或自发作用下产生真实人体器官的部分或全部功能等。报告指出,现阶段,3D打印人工组织器官方面已取得诸多进展,对于一些组成简单的组织如皮肤、软骨
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