主题:【原创】NMT可以做什么 |《自然》2017最有可能改变世界论文

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作者:许越  点击查看作者自传

为支持联合国可持续发展目标,《自然》期刊的250位主编选出2017年发表的最有可能改变世界的250多篇文章。这些论文来自全球科研机构的科研成果,也包括中国作者的论文,大多涉及跨国或跨机构的科研合作。
NMT非损伤微测技术,作为世界上为数不多的优秀活体生理功能研究技术之一,中国科学家在NMT的生命科学应用方面已走在世界前列。那么,如何在前人工作的基础上,利用NMT将这些研究继续推向深入?本文借助《自然》在这些文章中又精选出的15篇生命科学与生物医学类的论文,逐一进行潜在的未来NMT应用分析,因笔者知识所限,疏漏难免,欢迎大家讨论与斧正。
1. Horticulture Research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》介绍了用基因工程创造非转基因植物。
这是NMT非损伤微测技术可以发挥最大威力的领域之一。因为几乎所有通过基因改造后的植物,或多或少都会在信号传导、生殖发育、营养代谢等诸多生理功能层面,体现出与野生型的差异。NMT的简便快速,对于缩短目的基因的寻找和鉴定周期,具有十分重要的现实意义。而且这方面的应用的成功案例已十分丰富。
2. Nature Reviews Molecular Cell Biology 综述:
《从培养皿中观察人类造血系统的发展》提供了体外制备造血干细胞的最新进展,这项技术在基础研究和临床医学中有广泛的应用,例如,用于涉及移植和输血血细胞的治疗。
人造血、干细胞等再生医学领域的研究,目前所面临的问题之一是组织水平的适应性研究缺乏有力的工具。因为,已有太多的失败的事例表明,在基因/蛋白/细胞层面工作完美的解决方案,一旦进入到动物/人体内,就会表现出一些我们至今还难以理解的生理现象,并导致努力失败。NMT的非接触检测方式,可以使其能够跟随研究从细胞器到组织,甚至器官水平的多层次研究,无疑为解决再生医学的‘最后一公里’问题,提供了不可多得的研究手段。其它细节请浏览笔者博文:再生医学与NMT非损伤微测技术(1)技术解读
3. Acta Pharmacologica Sinica 综述:
《用于治疗癌症的共轭聚合物纳米材料》介绍了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。
我们知道肿瘤组织微环境对于纳米药物的药效有着非常大的、有时是决定性的影响。如同刚才所述,NMT非损伤微测技术是研究组织水平生理现象和组织微环境的最佳工具之一。比如,肿瘤组织内的酸性环境,迫使纳米药物设计者,必须重新修改他们的设计,让这些纳米药物首先突破这层酸性屏障,才能把治疗药物递送到理想的目的地。但是,除了H+之外,我们对这个肿瘤微环境仍然知之甚少,为了设计出最好的肿瘤纳米药物,NMT的帮助显然是不可或缺的。
4. The ISME journal 论文:
《在全球范围内亲缘关系紧密的的珊瑚和内共生菌Endozoicomonas属之间的差异特异性》对珊瑚中原核生物内共生体是如何形成的,以及它们为寄主的功能做出怎样的贡献提供了宝贵的新见解。
NMT非损伤微测技术本质上是通过检测进出活体生物的离子分子流,来揭示该生物体与其环境之间的信息交换。那么,共生生物之间的相互关系,以及它们与共享的外部环境之间关系的研究,没有比NMT更加合适的技术了。
5. Nature Reviews Immunology 综述:
《影响过敏发展的早期生活因素》儿童时期的环境经历可导致过敏症的出现,并且持续至成年时期。了解这些早期暴露可能有助于治疗选择和预防过敏。
过敏的实质是某些物质进入人体后导致部分人的免疫系统发生的异常反应。人们的研究在两个方向上可以得益于NMT。一是,将这些物质引起的人体免疫反应进行系统的细胞信号传导研究,特别是免疫人群和非免疫人群的对比研究;二是,组织层次的深入研究。过敏的免疫问题实际上是组织疾病,微环境疾病,NMT在这方面将填补这方面过敏研究的历史空白。
6. Cell Research 论文:
《间歇性禁食通过VEGF介导的巨噬细胞的替代激活促进脂肪产热和代谢稳态》介绍了间歇性禁食可以帮助抵抗肥胖和代谢性疾病。
血管内皮生长因子(VEGFs)可以调节血管的发育。也是抑制肿瘤组织生长的临床理论基础。这里面缺失的一些细节信息,比如活体组织层面的O2、葡萄糖代谢,pH等微环境对血管形成,及营养代谢的影响等等。NMT的应用将很快完善这方面的信息。
7. Nature Reviews Microbiology 综述:
《新一代了解和对抗抗生素耐药性的方法》提供了如何积极应对确定和减轻抗生素耐药性造成的全球威胁的指南。
NMT的应用潜力请见笔者的专题叙述。《科学》抗药性的困局与出路:中国的机遇?
8. Signal Transduction and Targeted Therapy论文:

《血小板调控造血血管发育环境,驱动血管分泌因子介导的肝再生》显示白细胞产生可促使肝脏从受伤中恢复的促再生因子。
将血小板、红细胞、白细胞等血液成份分离出来,利用NMT进行逐一研究,目前还没有实验室进行尝试。其它建议请见文章2《从培养皿中观察人类造血系统的发展》中的论述。
9. Laboratory Investigation 论文:
《使用窖蛋白-1替代肽逆转压力超负荷心脏的不良纤维化和心室功能受损》为充血性心力衰竭提出了一种有希望的新疗法。
尽管,NMT的时间分辨率目前还跟不上人类心脏肌肉的自然脉动,但是应用NMT在细胞器和单细胞水平的研究目前还是空白。尤其是,在O2代谢,葡萄糖代谢方面的研究,以及和心脏负荷之间的关系,NMT将有较大的发挥空间。
10. npj Regenerative Medicine 论文:
《通过诱导感觉可塑性的脊椎动物模型中的后眼部移植物,5-羟色胺能刺激诱导神经生长并促进视觉学习》表明,用于治疗神经和精神疾病的药物可以重新用于增强在再生疗法中移植器官的神经支配,整合和功能。
山西医科大学的李金有教授,建立起了世界首个以NMT为平台的神经组织研究实验体系。为包括器官移植在内的其它再生医学应用开辟了崭新的道路。其它论述请见文章2《从培养皿中观察人类造血系统的发展》中的论述。
11. Bone Research论文:
《仿生双相CAN-PAC水凝胶与无缝界面层在骨软骨缺损修复中的应用》
NMT非损伤微测技术在善于研究活体生物材料的同时,自然同样可以应用在非生命物体与外界液体环境的离子和分子交换的研究方面。因此,人工材料的生物安全性研究领域目前还是一块未开垦的处女地。
12. Cellular & Molecular Immunology 论文:
《间充质干细胞在人系统性红斑狼疮中调节Treg / Th17平衡》研究人脐血间充质干细胞在调节系统性红斑狼疮患者外周调节性T细胞(Treg)和辅助T细胞17(Th17)中的作用机制。
请见问题2的论述。
13. npj Microgravity 论文:《肠道上皮细胞和巨噬细胞的三维器官型共培养模型,研究沙门氏菌肠道定植模式》传染性疾病是世界上儿童和年轻人的最大健康问题,这产生了对于模仿内源性组织的结构 - 功能和多细胞复杂性的模型的很大需求。本文展示了包含多种上皮细胞类型和炎性免疫细胞的高级3-D肠道共培养模型,这一模型在在生理流体流动条件下被工程化,被验证并被应用于研究具有不同宿主适应性,疾病表型和抗生素抗性的沙门氏菌病理变种的感染。NMT具有实时3D分离子流速检测功能。
如何验证这些组织模型的生理功能?如何建立一个简便、实时、快速的实验模型?建立如同上述李金有教授建立的NMT神经组织实验体系一样的实验平台,值得人们期待。
14. Cell Discovery 论文:
《TRPA1通道介导有机磷酸盐诱导的迟发性神经病变》介绍了一种治疗有机磷酸盐诱导的神经损伤的新方法。
请见问题10的论述。
15. Nature Communications 论文:
《光系统II亚基S过表达提高田间种植作物的用水效率》
叶绿体富集后的NMT放氧光合效率的直接检测,配合NMT用水效率及营养吸收(K+,NO3-,NH4+)等生理指标的检测,对于后续确定亚基S过表达与用水效率之间量的最佳关系将大有助益。


参考文献
Nature的15篇原文出处
了解NMT:百度学术输入“非损伤微测技术”获取NMT其他应用《论文集》
许越,男,1967年生于北京。

  • 1993年和2000年分别获得首都师范大学及美国麻省州立大学,植物生理学双硕士学位。

  • 2001年在美国创建基于NMT技术的美国扬格公司,次年运用NMT服务于设立在美国北卡州立大学的美国航空航天局(NASA)空间植物学研究项目。

  • 2005年成立旭月(北京)科技有限公司,在匡廷云院士、杨福愉院士和林克椿教授的帮助,以及各级政府的大力支持下,将非损伤微测技术引进中国大陆。

  • 2014年带领旭月团队提出被誉为“第二个人类基因组计划”的“动态分离子组学(imOmics)”创新概念,同年成立旭月生物功能研究院。

  • 2015年推出世界领先的“自动化非损伤微测系统”,并倡导建立中关村NMT产业联盟,开启以水安全、个体化精准医疗、粮食安全等民生应用为代表的NMT产业化进程。

  • 截至2016年,已帮助国内400多个科研单位及实验室,利用NMT实现了科研水平的跨越式发展。

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