利用3D打印技術(shù)，將切除85%肝臟的大鼠存活時(shí)間由2小時(shí)延長(zhǎng)至12小時(shí)；將數(shù)學(xué)與生物結(jié)合，在基因治療領(lǐng)域大展拳腳；透明化包埋技術(shù)的應(yīng)用，讓神經(jīng)元的走向變得可視化……一向被誤解為“冷板凳”的基礎(chǔ)科學(xué)研究正在產(chǎn)生熱效應(yīng)。近日，記者走訪北京市多家新型研發(fā)機(jī)構(gòu)，一批聚焦基礎(chǔ)研究的頂尖科研成果產(chǎn)出。正如一位科研工作者說(shuō)的，“科研的超越不會(huì)突然發(fā)生，而是由點(diǎn)到面”，活躍著的一個(gè)個(gè)研發(fā)機(jī)構(gòu)，正在聚合著，不斷釋放出更大的能量。

3D打印“肝臟”延長(zhǎng)大鼠存活時(shí)間

運(yùn)用3D打印技術(shù)，以活細(xì)胞為“墨水”原料，打印出具有生物功能的器官，這是北京干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)研究院智能制造平臺(tái)的一項(xiàng)技術(shù)。通過(guò)該技術(shù)打印出的厘米級(jí)“肝臟”，能將切除85%肝臟的大鼠存活時(shí)間由2小時(shí)延長(zhǎng)至12小時(shí)。

(資料圖片僅供參考)

干細(xì)胞研究院研究員顧奇說(shuō)，科研人員實(shí)現(xiàn)了讓僅有10微米大小，卻分秒都在變化的細(xì)胞在打印過(guò)程中保持穩(wěn)定，并有序組裝成厘米級(jí)甚至更大尺度的組織。目前，3D打印出的多級(jí)管網(wǎng)、肝臟、肌肉、軟骨等組織器官已在動(dòng)物模型中得到了有效功能驗(yàn)證。

該院的細(xì)胞資源與制備中心能生產(chǎn)、制備種子細(xì)胞和功能細(xì)胞。種子細(xì)胞有分化為特定功能細(xì)胞的能力，可通過(guò)組織修復(fù)、環(huán)境調(diào)節(jié)等機(jī)制對(duì)特定疾病起到治療作用。由于制備的細(xì)胞將用于臨床研究，用于細(xì)胞操作的生物安全柜，每立方米內(nèi)存在的細(xì)菌數(shù)必須小于1。

干細(xì)胞研究院是中科院與北京市共建、依托中科院干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)創(chuàng)新研究院建設(shè)的新型研發(fā)機(jī)構(gòu)。“早在2017年，干細(xì)胞創(chuàng)新院就已針對(duì)帕金森病開(kāi)展了人胚干細(xì)胞分化的多巴胺能神經(jīng)細(xì)胞治療，前期實(shí)驗(yàn)效果良好，后續(xù)我們將與天壇醫(yī)院等機(jī)構(gòu)合作開(kāi)展臨床試驗(yàn)。圍繞半月板損傷的干細(xì)胞治療臨床試驗(yàn)也正在北大人民醫(yī)院開(kāi)展。”干細(xì)胞研究院執(zhí)行院長(zhǎng)、研究員胡寶洋說(shuō)，近兩年，該院在基因編輯、染色體合成、細(xì)胞治療等領(lǐng)域均取得了突出成果，針對(duì)戊二酸血癥等遺傳病、罕見(jiàn)病的治療也有良好進(jìn)展。

基礎(chǔ)數(shù)學(xué)將助力基因治療研究

“跨學(xué)科合作，最基礎(chǔ)的知識(shí)就是數(shù)學(xué)。”北京雁棲湖應(yīng)用數(shù)學(xué)研究院研究員龍飛舉例，在微觀世界，微生物間會(huì)發(fā)生極其復(fù)雜的作用。要弄清其背后的原理，涉及的是博弈論、拓?fù)鋵W(xué)等數(shù)學(xué)知識(shí)。目前，生物計(jì)算已在基因治療等領(lǐng)域開(kāi)展應(yīng)用，數(shù)學(xué)底層研究的突破，將有力推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域研究的深入。

數(shù)學(xué)研究的突破也可以助力社會(huì)發(fā)展。本市數(shù)字經(jīng)濟(jì)占地區(qū)生產(chǎn)總值比重位列全國(guó)第一。北京雁棲湖應(yīng)用數(shù)學(xué)研究院建立起數(shù)字經(jīng)濟(jì)實(shí)驗(yàn)室，圍繞數(shù)字治理、數(shù)字金融、數(shù)字供應(yīng)鏈等問(wèn)題開(kāi)展研究，探索交叉學(xué)科研究的成果轉(zhuǎn)化。

此外，統(tǒng)計(jì)建模研究，可以找出雜亂無(wú)章的數(shù)據(jù)里隱藏的自然規(guī)律；代數(shù)拓?fù)溲芯浚梢灾Υ髷?shù)據(jù)、人工智能的發(fā)展等。

目前，北京雁棲湖應(yīng)用數(shù)學(xué)研究院已組建了超過(guò)一百人的研究團(tuán)隊(duì)，其中外籍研究人員超過(guò)四分之一。該院常務(wù)副院長(zhǎng)劉正偉說(shuō)，數(shù)學(xué)是典型的基礎(chǔ)學(xué)科，能與經(jīng)濟(jì)學(xué)、生物學(xué)、工程學(xué)、環(huán)境保護(hù)等各領(lǐng)域結(jié)合。

“看清”每根神經(jīng)元的走向

井淼是90后，是北京腦科學(xué)與類(lèi)腦研究中心的研究員。他將大腦內(nèi)的信號(hào)傳遞分子作為“開(kāi)關(guān)”，讓原本不可見(jiàn)的分子在變化時(shí)閃閃發(fā)亮，探究大腦信息交流的奧秘。

同樣是“看清”大腦，北京腦中心研究員趙瑚研發(fā)了透明化包埋技術(shù)，并結(jié)合共聚焦顯微鏡成像，繪制出小鼠體內(nèi)神經(jīng)元的精細(xì)走向。通過(guò)化學(xué)處理，小鼠的皮膚、肌肉、骨頭都變得透明，但細(xì)胞和神經(jīng)仍保留在原位置，通過(guò)顯微鏡即可一層層拍攝出神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)三維圖像。在一幅小鼠爪部神經(jīng)結(jié)構(gòu)的圖像中，每條神經(jīng)元發(fā)出的樹(shù)突和其皮膚上的毛發(fā)都清晰可見(jiàn)。趙瑚自豪地說(shuō)：“這項(xiàng)技術(shù)，全世界只有我們能做到。”

“下一步，我們要弄清每條神經(jīng)元究竟投射到了哪兒。”趙瑚將相關(guān)技術(shù)公開(kāi)共享，目前國(guó)內(nèi)外已有多個(gè)合作者開(kāi)始使用。上海市第九人民醫(yī)院的合作者團(tuán)隊(duì)正利用這項(xiàng)技術(shù)，“畫(huà)”出聽(tīng)覺(jué)的神經(jīng)投射通路，未來(lái)，人工耳蝸將以腦機(jī)接口方式植入腦干，為失聰者找回聽(tīng)力，而聽(tīng)覺(jué)投射圖譜的繪制將為植入的位置與方式提供最關(guān)鍵的基礎(chǔ)信息。

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