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深港科研团队共创尖端成果

2018-07-30 11:25:28来源:深圳商报

深圳商报记者 王海荣

7月1日,《深圳市“深港创新圈”计划项目管理办法(试行)》正式公布实施。通过政策改革,深圳将进一步加大支持深圳高校、科研机构、企业与香港高校和科研机构开展科技合作的力度,促进两地科研资金便利流动,推动粤港澳大湾区产学研融合。

这是深圳为推动深港创新圈科研工作注入的一剂强心针。事实上,发生在深港创新圈里的基础研究故事从未停歇,创新成果不断在《Nature》(《自然》)、《Science》(《科学》)、《PNAS》(《美国国家科学院院刊》)等国际知名科学期刊上亮相。

为拯救AD人群探路

阿尔茨海默症(Alzheimer’s disease, 简称“AD”),俗称老年痴呆症,是一种以认知、记忆损伤为特征的神经退化性疾病。但医学界对其发病机制尚未完全明确,也缺乏有效的诊断和治疗方法。国际上的病患研究主要集中于高加索人群,尚未有中国人群的全基因组测序数据。由于遗传背景、环境和生活习惯等方面的差异,高加索人群的研究结果并不完全适用于中国人群。

由中科院院士、香港科技大学副校长叶玉如教授领衔的香港科技大学深圳研究院“分子神经科学和创新药物研究”团队尝试运用基因组测序,为破解中国AD患者人群的发病机制寻找一条蹊径。这个充满国际范的团队汇聚了来自香港科技大学、香港科技大学深圳研究院、复旦大学附属华山医院、中国科学院深圳先进技术研究院、英国伦敦大学学院、美国北卡罗来纳大学教堂山分校的科学家。作为带头人的叶玉如是一名“巾帼不让须眉”的女教授,2016年,她曾入选《Nature》杂志中国十大科学之星。

在研究过程中,团队成员选取了2007-2016年间收集的不同程度阿尔茨海默症患者和对应年龄的健康人群作为研究对象,进行了全基因组测序研究。经过无数次的筛查比对,最终发现了阿尔茨海默症的新风险基因,包括GCH1和KCNJ15基因。

随后,研究团队在非亚洲人群的阿尔茨海默症患者中也验证了这两个基因的变异与病变的关系,并且发现这两个基因的变异与阿尔茨海默症患者血浆生物标志物的表达有密切关联。

“这个研究是首个针对中国阿尔茨海默症患者的全基因组测序研究,它不但发现了新的遗传风险因子,而且提出了基因变异导致病变的内在生物学机制,对于阿尔茨海默症的早期诊断、生物标志物研究和药物开发具有重要意义。”叶玉如说。

2018年2月5日,该项科研成果在《PNAS》上发表,填补了国际上关于中国阿尔茨海默症人群全基因组数据的空白。

做消化疾病的克星

胃癌、脂肪性肝炎及肝癌,这些消化疾病,是困扰现代都市人的病魔,香港中文大学深圳研究院于君教授就立志于做一名消除消化疾病的克星。

1994年,于君取得同济医科大学(现“华中科技大学同济医学院”)医学博士学位(消化内科学),同年成为北京大学医学院第二临床医院消化内科主治医师。四年后,她远赴德国开展博士后研究,专攻胃幽门螺杆菌及胃癌。

结束在德国的博士后生活后,于君到了香港中文大学医学院内科及药物治疗学系,从事胃癌的发病机制及治疗研究。不久又转赴澳大利亚悉尼大学医学院从事脂肪性肝炎及肝癌的发病机制及治疗研究。

在德国、中国香港、澳大利亚等地学习工作期间,于君积累了扎实的科研基础。2005年8月,她再次回到香港中文大学医学院,开始在该校内科及药物治疗学系从事胃癌的分子机制、肿瘤分子标志物开发、肿瘤基因治疗及抗肿瘤药物试验研究。2011年香港中文大学深圳研究院成立后,于君带领团队率先成立了消化道肿瘤生物学及治疗学实验室/肿瘤生物学国家重点实验室(香港中文大学深圳联合研究基地),并担任主任。

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)被认为是最主要的肝病之一,其病理进展过程是从肝细胞脂肪堆积到非酒精性脂肪性肝炎,进而导致进展性肝硬化,最终发展成肝癌。

2018年4月28日,于君带领的研究组发现肝细胞高表达角鲨烯环氧化酶(简称SQLE)的实验小鼠,在高脂肪高胆固醇饮食刺激下,发生非酒精性脂肪性肝病及其相关肝癌的几率显著升高。研究团队进一步发现SQLE抑制剂可以明显抑制SQLE介导的肿瘤细胞生长和肝癌的发生几率,这一发现为NAFLD诱发的肝癌的治疗提供了新的实验基础和方向。

该研究成果随后作为封面故事刊登在国际著名期刊《Science Translational Medicine》(《科学/转化医学》)上。

“弹劲十足”的金刚石

今年4月20日,《Science》期刊报道了一项由中美科学家率领的科研团队对金刚石在纳米尺度下力学行为的重大发现:纳米级金刚石可承受前所未有的巨大形变且能恢复原状,而其中单晶纳米金刚石的局部弹性拉伸形变最大可以达到约9%,接近金刚石在理论上所能达到的弹性变形极限。

这个国际科研团队的带头人是来自香港城市大学的陆洋副教授,其所在的课题组也是香港城市大学深圳研究院核心研究单位“先进结构材料中心”的核心成员之一。作为一名已经在材料力学领域开展了十余年科研工作的材料迷,陆洋从南京大学毕业后,即远赴美国莱斯大学求学,获得博士学位,之后在麻省理工学院开展博士后研究。在美国待了7年后,2012年,陆洋回到香港城大工作。

在之前的科研工作中,他发现硅在纳米尺度上有很大的弹性。

“我希望挑战自然界中最坚硬的材料——金刚石,如果它也具备这种特性,那就能证明自然界其他材料也有这种可能。”

金刚石是世界上最坚硬的物质。除了用作珍贵的珠宝装饰外,另一个重要用途就是作为深井钻探以及切割工具。在宏观尺度下,金刚石表现不出丝毫变形行为。

这项始于2013年冬天的研究项目,一开始就让陆洋碰壁了。

在测试一种材料时,需要一种比它更坚硬的材料来测试。在科技和工业应用中,通常用金刚石去测试别的材料强度。在这个研究中,陆洋面对的测试对象是金刚石本身,这就好比“矛”与“盾”的关系。

“因为你没办法找到比金刚石更坚硬的材料来测试金刚石了,最初的测试方案把我们的仪器都损坏了。”

但陆洋没有放弃,一直在尝试各种方法。直到2014年12月,研究小组基于先进的电子显微镜平台,发展了一套独特的纳米力学实验方法,实现了电镜实时观察下对纳米金刚石锥样品进行压缩-弯曲测试。实验结果显示,单晶金刚石纳米锥可以实现变形。随后,陆洋团队与美国麻省理工学院的课题组合作,由后者的纳米力学实验室团队对实验结果进行模拟分析,确证单晶金刚石纳米锥在拉伸侧的弹性变形量达到了9%。

“这个数值已经接近了理论的极限,是一项新的世界纪录。”陆洋说。

与以往的研究相比,“陆洋们”的研究,让我们看到了金刚石崭新的另一面,有“弹劲”的纳米尺度下的金刚石有望应用于数据存储、体内成像设备和药物传递等领域。

超强合金应用前景广阔

去年5月4日印刷出版的《Nature》封面是紫色背景下,一个利用透射电子显微镜捕捉到的超强镁合金薄膜的微观结构,封面的主题为“POWERFUL ALLOY”(超强合金)。

这一充满梦幻色彩的场景的“导演”是由香港城市大学副校长、香港城市大学深圳研究院院长、先进结构材料研究中心主任吕坚率领的科研团队。这也是近年来,中国研究单位在物理、材料科学等领域的成果首次被选为这本权威科学期刊的封面故事。

文章指出,这是全球首创的合金结构系列,能够为将来发展各种新型超纳米结构及其相关的特异物理及化学特质打开一条新路。它的强度较现有超强镁合金晶体材料高出十倍,每平方毫米可承受超过300千克压力。同时,它具有超高耐磨性及变形能力,变形能力较镁基金属玻璃提高两倍,并可发展成生物降解植入材料。

“这种新型结构的材料强度,超过了所有已知镁基纳米材料,并接近理论上镁基合金的强度极限。”在香港城市大学深圳研究院6楼的先进结构材料研究中心,吕坚告诉记者。

在五年多的艰苦研发过程中,吕坚已记不清实验的次数。最终研发人员使用特殊的磁控溅射方法,通过调整结构中的晶体状态和非晶体状态的比例,成功研制出两相结构单元都小于10纳米的合金膜结构,并将其命名为“超纳双相-玻璃纳米晶”。研发人员还创造性地将纳米级镁-铜合金晶体嵌入到镁-铜-钇合金的非晶态金属外壳,制成了这种超高强度的镁基超纳双相-玻璃纳米晶材料。

这种神奇的新型合金结构究竟有何用处?

“双相超纳材料具有不同寻常的力学和物理学性能,在超高强度轻质结构的工业应用中存在巨大潜力,比如用于制作航空航天和自动化领域的高强度、轻量化零件。”同时兼任深圳市航空零部件预应力表面工程重点实验室主任的吕坚介绍说。

“这种新型合金结构有望在计算机、通信和消费类电子产品等3C类硬件领域率先得到应用。而且制作这次新材料所采用的磁控溅射方法已十分成熟,可以应用于大规模材料制备。”吕坚补充说,镁基合金在生物医学领域亦存在广阔应用前景。

(本版照片由受访者提供)

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