科研发展动态 | 2022年第4期

发布时间:2022/04/28 05:23:33 文章来源:本站

2022年第4



| 要目 |



—科研要闻 —


1.中国科学家诱导出“最年轻”人类全能干细胞
2.港中大与哈工大联合研发原创“黏液机器人”



— 科研简讯 —



1.新工具将疫苗的开发速度提高百万倍
2.全球首款磁电晶体管研制成功
3.锂电池正极材料取得突破性进展





— 行业简析  —



国内干细胞医疗产业简析






| 科研要闻 |

中国科学家诱导出“最年轻”人类全能干细胞

              近日,中国科学院和深圳华大生命科学研究院等机构的科研人员,通过体细胞诱导培养出类似受精卵发育第 3 天状态的人类全能干细胞,这是目前全球体外培养出的“最年轻”人类细胞,是继科学家成功诱导出人类多能干细胞后,再生医学领域的又一颠覆性突破,相关研究成果近在《自然》期刊发表。研究者们开发了一种非转基因、快速且可控的细胞重编程方法,能够将人的多能干细胞转化为全能性的细胞期胚胎样细胞,即相当于受精卵发育第 3 天状态的全能干细胞。该成果可助力实现人体器官的体外再生,对解决器官短缺、异体和异种移植排斥反应难题有着重大意义。这是研究人员首次真正意义上将人体多能干细胞“转化”为全能性的胚胎细胞,使得人们可以将“成年”的细胞,逆向转化为具有更多可能性的“婴儿期”细胞。并且,由于这次得到的全能细胞更接近早期胚胎的状态,若将其用于再生医学,培育得到的器官也将更接近于真实器官的状态,更有利于移植。

              述评:干细胞是目前生物医药研究最活跃的领域之一。基于干细胞自我更新以及定向分化的独有特性,其在心血管疾病、神经系统疾病、血液病、肝病、肾病、糖尿病、骨关节疾病等病患的临床治疗方面有广阔的前景,被医学界称为“万能细胞”,其潜力市场规模达到千亿级美金。“最年轻”全能干细胞的诱导是再生医学领域的重大突破,通过干细胞技术手段对体外或体内获得的细胞或组织进行高效鉴定和机制解析,将极大地加速再生医学领域的发展。随着全球范围内生物细胞技术及产业的快速发展,“细胞治疗及临床转化”已成为我国“十四五”健康保障发展的重大课题。国家多个相关部委及地方政府陆续颁布了从临床研究到产业发展的一系列扶持政策,为行业发展营造了良好的环境,也为干细胞创新技术和产品的转化落地带来新的机遇。在《深圳建设中国特色社会主义先行示范区综合改革试点实施方案(2020—2025年)》中赋予了深圳在生物医药领域极大改革自主权,去年深圳先后在细胞和基因领域发布了《深圳经济特区细胞和基因产业促进条例(征求意见稿)》、《深圳市促进生物医药产业集群发展的若干措施(征求意见稿)》,对相关优秀人才,在住房保障、子女就学、医疗保健、职称评审等面予以保障,并提供最高500 万元补助。对河套合作区而言,生物科技是最具发展潜力、世界各地竞争最为激烈的产业之一,是河套合作区重点布局产业,是深港两地政府共同重视的重要领域,且深港两地各具优势。生物科技的发展具有对安全性敏感和对技术应用具有限制性的特点,因此对要素流动及监管提出了挑战和高要求。河套合作区在深港生物科技合作中承担着独特而重要的角色,有必要设立生物样本和组织、试剂等在深港两地科研过程中便利互通的机制,加强生物科技人才交流与合作、构建深港生物科技转化服务平台,争取在干细胞科技领域建立发展优势。






港中大与哈工大联合研发原创“黏液机器人”


           香港中文大学张立教授和哈尔滨工业大学谢晖教授研究团队联合开发了磁性“黏液机器人”,该机器人由磁力驱动,可通过外力操控,进行各种变形,从而让它在多种复杂的环境中移动,如完好无损地穿过仅有 1.5mm 的细缝,进入人体内,清除体内如电池、戒指等异物,《新科学家》期刊近期介绍了该项研究。这款基于非牛顿流体的磁驱动“黏液机器人”,由强钕磁铁、硼砂和聚乙烯醇等材料混合制成,可通过改变磁体的形状、以及磁力方向,让它按照想要的方式移动和变形。目前可以操纵物体的机器人并不少,但“黏液机器人”可变换的功能更多样,包括钻迷宫、过管道、跨细缝、履凹凸地面这种比较复杂的操作,就算是被切割成几段,被修护后仍然可以连在一起重新运动。如果有人意外吞下了不该吞的物品,可以利用磁驱动黏液机器人,让它“潜入”身体里,到达指定的位置,取回被误吞的物品。由于机器人“身体”是硼砂制的,对人体具有毒性,为了完成进入人体取出异物的能力,研究团队给该机器人穿上了二氧化硅无毒的外衣,能使它进入人体后不会对器官造成伤害。研究人员计划在动物上进行进一步实验,验证该方法的稳定性。该团队表示,希望这款机器人未来能在生物医学、电子和其他领域得到应用。
          述评:在自动化需求的强劲带动下,全球掀起了一股机器人发展的热潮,开发出形形色色、各具功能的机器人产品,本研究开发的柔性智能机器人在生物医学领域和安全领域具有独特优势。在生物医学领域,该柔性机器人在开发可控药物释放以及植入式医疗机器人等方面有着巨大的潜力。在安全领域,全柔性智能机器人能进入人类无法进入或者危险的环境,并对环境中物理、化学和生物等信号进行检测,环境适应能力强,在排险、探伤、侦查、安全等领域具有广泛的应用前景。本项目由港中大与哈工大联合研发,两地跨高校合作已不是第一次,早在 2013 年哈工大深研院与港中大就结合了两所高校各自的学术和技术优势,开发了一套面向商业企业的社会媒体分析和挖掘平台,并且获得过香港资讯与通讯科技奖。目前香港多所高校已在深圳通过设立分校、研究机构等形式开展教育、科研、产业孵化等工作,充分利用深圳在技术成果转化及产品商业化领域的优势,结合香港基础研究实力,发挥深港两地在科技方面的比较优势,协同合作,创造出更多发展成果。目前河套合作区已有香港大学、香港科技大学、香港中文大学、香港理工大学和香港城市大学等 5 所香港高校项目入驻深圳园区,加上即将开放的香港科学园深圳分园,将为两地产业、科研、创业合作,提供更全面的一站协作区域,并通过打造深港产业一体化发展载体及“产学研”多方合作,必将产生“一加一大于二”协同效应。




| 科研简讯|




新工具将疫苗的开发速度提高百万倍

             为了寻找新疫苗等药剂,制药业会定期检查数千个相关的候选分子。现在,一项新技术允许这一切在纳米尺度上发生,并最大限度地减少材料和能源的使用,能极大的提高疫苗及药物产品的开发速度,此项由哥本哈根大学的黑扎吉斯团队和南丹麦大学斯蒂芬·沃格尔副教授合作完成的论文发表于《自然·化学》杂志上。新方法可在比针头还小的区域内,合成和分析超过 4 万种不同的分子,有望大幅减少制药公司的材料、能源和经济成本。该方法结合了合成生物化学、纳米技术、DNA 合成、组合化学,甚至是人工智能学科的机器学习方法,通过使用类似肥皂泡的纳米容器,可在容器中混合多种成分,只需几分钟即可提供结果,能将疫苗以及其他医药产品的开发速度提高百万倍,同时又最大限度地降低了成本。
             微评:时间、能源和人力,是药品合成开发和药品评估中最关键的影响因素,毫无疑问,这种革命性的“加速工具”将提高人们应对未来流行病的能力。





全球首款磁电晶体管研制成功


            美国科学家在最新一期《先进材料》杂志上撰文指出,他们研制出了全球首个磁电晶体管,不仅有望满足人们对数字存储器日益增长的需求,将该领域的能耗降低 5%,还可将存储数据所需晶体管的数量减少 75%,进一步促进设备的小型化。在最新研究中,科学家们没有将常见 的电子电荷作为储藏的基础方式,而是转向了电子另一种与磁性有关的属性——自旋,自旋有向上或向下两种方式,可像电荷一样代表 1 或 0。研究团队指出,当施加正电压时,该项研究中所用的氧化铬材料的自旋指向上,可迫使石墨烯电流的自旋方向向左偏转,并在这个过程中产生可检测的信号。相反,负电压会使氧化铬的自旋向下翻转,石墨烯电流的自旋方向向右偏转,并产生一个明显不同的信号。这有望以极低的能源成本提供极高的保真度。这一特性对于开发基于自旋电子学的晶体管极具潜力。
             微评:磁电晶体管与硅晶体管工作方式完全不同,数据承载量也会更大,如能开发出相应的读写设备,将有助于进一步缩小储存体的尺寸并降低能耗。







锂电池正极材料取得突破性进展
               伴随“双碳”目标不断落实和推进,电动汽车、风光储等新能源产业逐渐成为当下的研究热点。锂离子电池一直是应用最广泛的储能器件,提高电池能量密度,是目前锂电发展的主要方向之一,正极材料的结构与组成是影响电池能量密度的重要因素。近年,中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员武建飞带领的先进储能材料与技术研究组,经过布局多种锂电正极材料体系,深耕高镍三元、富锂锰基等核心高能量密度正极材料的研发,取得了突破性进展。在高镍三元正极材料方面,研究团队巧妙设计,通过由内而外修饰方法成功开发出一种氧化铝包覆的镁掺杂 NCA(高镍三元)体系。以该方式构建的 NCA 材料具有稳定的内部结构,通过抑制材料内部相变和阳离子掺杂,在抑制副反应发生的同时实现了体系内部快速的电子传输。据介绍,在 1C的倍率下,电池历经 250 次循环,容量仍能保持在 95%以上。该工作为 NCA 材料的商业化道路奠定了基础,也为动力电池正极材料的设计与改性提供了新的发展思路。
                微评:该工作实现了高比能正极材料的“无钴化”,在提高电化学性能的同时降低了电池的材料成本,是极具发展前景的正极材料,具有很大的商业价值和应用前景。



| 行业简析 |


国内干细胞医疗产业简析



一、干细胞医疗产业概况

干细胞是一类具有自我更新能力的多潜能细胞,在一定条件下可分化成多种功能的细胞和组织器官,广泛存在于机体各组织器官中,如骨髓、外周血、早期胚胎以及成年组织中。按其分化潜能划分,一般将干细胞划分为三种:全能干细胞、多能干细胞与单能干细胞。而干细胞治疗指的是用干细胞衍生的组织或器官替代病变的组织和器官,应用于脊髓损伤、糖尿病、缺血性心脏疾病等传统医学方法无法医治的疾病。而干细胞医疗是包括干细胞提取、干细胞存储、干细胞产品研发和干细胞治疗在内的整个产业。



              二、干细胞医疗产业链简析

              在干细胞产业链中,处于上游的主要是干细胞采集与存储企业。细胞储存通过一定的方法将细胞中的多能细胞保存一定的期限,保证细胞的功能和活性不受明显的影响。是干细胞医疗行业最基础、最前端的业务。干细胞产业链中游是干细胞增殖与药物研发企业,主要从事技术研发工作。下游由开展干细胞医疗的机构组成,以体系三甲医院为主,目前,干细胞治疗可用于对组织细胞损伤修复、代替损伤细胞功能等领域的疾病治疗;用体外培养、扩增的干细胞培育人体组织器官进行器官移植以及对自身免疫性疾病进行生物修复。此外,在消费级应用领域,干细胞还能用于医学美容,延缓细胞衰老。

           目前,我国已经形成完整的干细胞产业链,上游是最成熟的一环,中下游有待拓展。相关业务主要集中在上游,代表企业有中源协和、中国干细胞集团、汉氏联合等,而中下游业务目前大多处于临床实验阶段或市场实验阶段。


           三、干细胞医疗产业市场规模
         干细胞医疗产业链的发展涉及干细胞存储、干细胞药物开发、干细胞治疗,三个方向的发展空间均巨大。根据调研机构QYResearch 的研究数据,中国干细胞医疗产业市场规模在全球市场规模中的占比由 2016 年的 18.8%上涨至 2020 年的 21.9%。根据全球干细胞医疗市场规模进行测算,2021 年,中国干细胞医疗市场规模约为 163 亿元。预计 2021 年-2026 年,中国干细胞医疗产业市场规模复合增长率约为 15%,未来几年,中国干细胞医疗产业市场规模在全球市场规模中的占比将进一步上涨,保守估计,到 2026 年,中国干细胞医疗产业市场规模将达到 325亿元。