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探索|为什么说这些论文将改变世界
2018-06-20 07:18:00  来源:中国江苏网  作者:仲崇山 王 拓 杨频萍  
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  15篇生命科学与生物医学类年度精选论文,江苏学者独占其三

  近日,全球著名的施普林格自然出版集团精选出旗下期刊2017年发表的有可能改变世界的250篇杰出文章。论文所涉领域涵盖生命科学、生物医学、化学、工程学、物理、材料学、地球与环境科学、医学与公共健康等。

  自2016年起,施普林格自然出版集团着眼于当今世界面临的最紧迫问题,如气候变化、疾病和社会不公等等,发出“改变世界,一刊一文”的倡议,集团旗下各学科的期刊主编在庞大的论文资源中筛选出极具科研价值和应用前景的研究成果,入选年度论文榜单,给全球科学家以方向性启迪。

  其中,三篇来自江苏科学家的论文入选了2017年度生命科学与生物医学类年度论文榜单(15篇)。我们对这些论文作者进行了深入访谈,期待探索到更多的科学奥秘。

  用基因工程创造非转基因植物

  《园艺研究》论文:一种用于生产和快速筛选CRISPR/Cas9介导的非转基因突变植物的方法

  “为了满足迅速增长的人口的需求,全世界都在想方设法促进粮食生产。”论文作者之一,南京农业大学园艺学院副教授丁静告诉记者,“通过传统的植物育种来提高产量效率比较低;而转基因技术虽然是改良植物和培育新品种的最高效的工具,但其应用一直受到争议。尽管广泛的研究证明转基因食品是安全的,许多消费者和国家仍拒绝它们。新的CRISPR基因编辑技术可能提供了一个较好的选择。”

  为什么用新的CRISPR基因编辑技术创造的植物不被认为是转基因植物?“转基因不是通过进化或自然发生的方式来改造植物和动物。”丁静说,一个典型的转基因的例子是将基因从一个物种转移到另一个物种,以赋予生物体一个新性状——如抗虫性或耐旱性。“但在我们的研究中,不是将动物或细菌的基因粘贴到植物中去,而是通过利用基因编辑技术直接改写植物的遗传密码来产生新的性状。这种方法不引入外源基因,没有转基因技术那么大的争议性;它对遗传密码的改写与传统的植物育种方法类似,但更快、更精确,可以为开发新的植物品种节省几年甚至十几年的时间。”

  CRISPR的全称是“成簇的规律间隔的短回文重复序列”,是从细菌的获得性免疫系统改造而来。这一技术可以应用于许多方面,包括纠正引起人类疾病的遗传错误,设计用于疾病研究的动物,以及创造新的遗传变异以加速植物品种改良。目前应用CRISPR/Cas9进行DNA编辑的方法中,多先将外源的CRISPR基因插入目标植物基因组中进行基因改造,这就使目标植物成为转基因的。

  论文另一作者、南京农业大学园艺学院顾婷婷副教授说:“我们研发了一种简单、高效、快速产生和筛选非转基因CRISPR突变体的新方法,能够在不引入任何细菌和其它外源基因的情况下,在植物中创造出理想的新性状。”

  丁静说,这项新的技术适用于柑橘、苹果、甘蔗、葡萄、梨、香蕉、杨树、松树等大多数多年生植物,也适用于不通过种子繁殖的一些一年生植物,如草莓、马铃薯和甘薯等。“在农业、园艺和林业产业中使用的许多其他植物中,基因编辑技术也具有重要的作用。例如,我们正在利用这一技术培育需要较少的肥料和水的草坪草新品种。”

  干细胞为治疗“不死癌症”带来曙光

  《细胞和分子免疫学》论文:间充质干细胞在人系统性红斑狼疮中调节Treg / Th17平衡

  论文作者、南京鼓楼医院副院长、风湿免疫科主任孙凌云教授说,风湿病是一种以侵犯人体骨骼、肌肉等结缔组织为主的,造成人体多器官损害的疾病,其致病原因至今还不清楚,也没有特殊有效的治疗药物。“我国目前现有红斑狼疮患者100多万,类风湿关节炎患者400万-500万,风湿病有着很高的致残率、致死率。”

  正当人们对治疗风湿病一筹莫展时,医学科学界对干细胞的研究获得了突飞猛进的发展。孙凌云说,人的骨髓中存在两种干细胞,一种叫造血干细胞,它是种子,可以分化为外周血中多种血细胞类型,如淋巴细胞、粒细胞、嗜酸性细胞、嗜碱性细胞等。另外一种是间充质干细胞,它是土壤,可以为造血干细胞的分化提供营养支持。“1998年底,我在亚洲率先开展造血干细胞移植治疗难治性红斑狼疮患者获得成功。但是,这种方法对患者身体伤害大,且该治疗手段价格昂贵,因此限制了临床上的推广应用。”

  “随后,我将目光转向了间充质干细胞。” 孙凌云说,课题组发现自身免疫病患者,如红斑狼疮、类风湿性患者自身的骨髓间充质干细胞是有缺陷的,在体外培养以后生长缓慢,细胞骨架异常,分泌有功能性的分子水平下降,不适合用于疾病的治疗。而正常人骨髓来源的间充质干细胞,具有强大的免疫调节功能,可以抑制T细胞和B细胞的活化增殖。

  2007年,孙凌云在国际上首次运用异体骨髓间充质干细胞,对两位十分严重的20多岁女性红斑狼疮患者进行移植治疗获得了成功。之后,他又运用异体间充质干细胞移植治疗多发性硬化症、硬皮病、多发性肌炎/皮肌炎、炎症性肠病、类风湿关节炎等自身免疫病患者,还与内分泌科合作,治疗1型糖尿病均获得可喜的疗效。

  因骨髓间充质干细胞需要患者家属捐献骨髓进行体外培养获得,供体受到一定的限制。孙凌云又开始研究脐带来源的间充质干细胞移植治疗难治性自身免疫病患者。“脐带来源于新生儿,为分娩废弃物,不存在伦理学问题,易获取,细胞活力好,可以广泛应用于临床患者的治疗。”孙凌云说,风湿病治疗是世界医学界的难题,目前干细胞治疗风湿病虽然获得了一定的成果,但前面的路仍然很长,他们将持续研究下去,直到完全攻克这一顽疾。

  “新”纳米材料:用于治疗癌症的共轭聚合物

  《西尼卡药理学学报》综述:用于治疗癌症的共轭聚合物纳米材料

  “这种材料在生物医学成像、无创治疗和药物递送应用方面都有较大的前景。”论文作者、南京大学化学化工学院博士生陈宇雷介绍,“共轭高分子”是一种电子可以在其中直接自由传输的材料结构,这种材料的导电性能在实验室被偶然发现后,最初是引起了光伏产业的兴趣,近几年在生物方向的应用,也是基于其导电与电致发光的性能。

  “只要点亮团上的一点光,那么整条共轭链都会发光,加上共轭高分子材料的稳定性,启发了科研人员创新地应用了该材料,用于药物的递送。”陈宇雷说,共轭高分子材料是一种合适的药物载体,通过吸收波长的变化,可以观察到药物在人体内的变化。“比如说共轭高分子载体吸收的波长是500纳米,我们看到的是黄色光,吸收了药物后,吸收的波长就变成了600纳米,我们看到的就是红色光。通过吸收光的变化,我们就能观察药物在什么时候进入体内,什么时候释放。”

  这项研究来自于两个科研小组的共同努力。陈宇雷说,沈群东教授领导的电活性高分子研究小组和北卡大学生物医学工程系顾臻教授领导的智能递药研究小组共同设计了一种新型的用于光动力治疗的制剂。在可见光的照射下,体系中的共轭高分子能诱导活性氧产生;与此同时,由该种高分子组成的纳米载体系统能够对诱导的乏氧环境进一步响应释放抗肿瘤药物。小鼠实验表明,该程序式递药技术能有效抑制肿瘤生长。光激活乏氧响应型共轭高分子纳米材料在生物医药材料中具有较好的应用前景。

  记者 仲崇山 王 拓 杨频萍

标签:生物医学;生命科学;干细胞
责编:苗津伟 崔欣
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