猪皮做角膜拯救盲人；蝗虫“嗅出”癌症；月球起源有新线索…

盘点

8/8-8/14 改变未来的前沿科技

全文共2441字，阅读约5分钟

中科院实验装置打破世界纪录

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日前，中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心研制的国家稳态强磁场实验装置，产生了 45.22万高斯（即45.22特斯拉）的稳态磁场，刷新了同类型磁体的世界纪录——原纪录为45万高斯，由美国创造，至今已保持纪录23年之久。稳态强磁场是物质科学研究需要的一种极端实验条件，在强磁场实验环境下，物质特性会受到调控，有利于科学家们发现物质新现象、探索物质新规律。目前国际上有五大稳态强磁场实验室，分布于美国、法国、荷兰、日本以及中国合肥科学岛。地球磁场约等于0.5高斯，而此次实验装置产生的45.22万高斯相当于地球磁场的90多万倍，我国的国家稳态强磁场实验装置目前已成为全球范围内可支持科学研究的最高稳态磁场。

猪皮制造的角膜

让盲人恢复视力

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由于供体稀缺，大约每70名需要接受眼睛角膜移植的患者中只有1人能够获得。8月11日，Nature Biotechology 上发表的一项研究提供了新的解决方案：瑞典林雪平大学和LinkoCare生命科学公司的研究人员联合开发了一种人工角膜植入物，由猪皮中的胶原蛋白制成，让20名患有角膜病变的患者（其中14人完全失明）恢复了视力。研究者对从猪皮中获得的胶原蛋白进行化学和光化学处理，稳定了松散的胶原蛋白分子，形成一种坚固而透明的材料。人类捐赠的角膜需要在2周内使用，而这种人工角膜可以储存长达2年，能提前生产备货，供应全世界。此外，研究人员还开发出了无需使用缝合线和缝针的微创移植技术，能够将人工角膜插入到患者已有的角膜中，而不是整个替换患者的角膜，因此只需要8周的免疫抑制治疗（接受人类角膜移植的患者至少需要1年），更为简便。在早期临床试验中，这种人工角膜让14名失明的患者全部恢复视力（与接受人类角膜移植患者的视力改善程度相当），其中3名患者的视力达到了1.0，恢复到正常人水平。至于这种新方案的成本，从加工食用猪剩下的猪皮废料中就可以提取和纯化大量的医用I型猪胶原蛋白，成本应该与人类供体角膜相当甚至是更低，低收入国家的患者也负担得起。

论文 👉

https://www.nature.com/articles/s41587-022-01408-w

蝗虫“嗅出”癌症

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大量研究证实，相比健康细胞，癌细胞的代谢过程发生了变化，而这些变化体现在患者呼出气体的挥发性有机化合物 (VOC) 成分中。最近，美国密歇根州立大学团队在预印本平台BioRxiv上分享了一项研究，他们开发出一种基于昆虫（蝗虫）嗅觉神经回路的VOC传感器，可用于癌症检测。研究人员将电极连接到蝗虫的大脑上，记录其对健康细胞和癌细胞产生的气体样本的反应，进而利用这些信号创建不同细胞的化学图谱。实验显示，通过分析蝗虫被VOC诱发的嗅觉神经反应，可以将3种不同的口腔癌细胞系区分开来，并将它们与健康细胞区分开来——研究人员相信这套系统也能检测其他大多数癌症类型。另外这种基于大脑的癌症检测方法非常快，检测时间只需大约250毫秒，而且是无创的。当然，未来临床医生也不会直接用活昆虫来检测癌症，研究人员的目标是开发一种不包含昆虫的封闭式便携传感器。

论文 👉

https ://doi.org/10.1101/2022.05.24.493311

58%的人类传染病

因气候变化而加剧

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8月8日，Nature Climate Change 上发表的一项研究显示，在记录影响人类的375种传染病的权威清单中，美国夏威夷大学团队发现218种（占58%）疾病因气候变化而加剧。其原因部分在于——

气候灾害促进人与病原体之间的接触。比如洪水或风暴增加了霍乱、沙门氏菌病、肺炎、伤寒、肝炎、呼吸道疾病肠胃炎、军团病和皮肤病等的感染率；干旱和强降水迫使牲畜向适宜生存的地区移动，导致病原体暴露和疾病暴发，如炭疽、出血热等。
气候灾害增强病原体的适应能力和毒性。比如变暖对蚊子产生积极影响，提高了西尼罗河病毒的传播效率；海洋变暖和大量降水降低了沿海海水的盐度，为创伤弧菌和霍乱弧菌提供了生存条件；变暖和强降水导致与鼠疫和汉坦病毒病例相关的啮齿动物数量激增；高热环境下演化出的“耐热”病毒可以更好地应对人体的主要防御-发烧等等。
气候灾害削弱人体应对病原体的能力。比如气候灾害导致人类营养不良、压力和皮质醇产生变化等等。

研究还发现，大多数疾病因气候灾害而加重，但也有些疾病（286种中有63种）会因某些气候灾害而减轻。比如气候变暖似乎减少了流感、非典、新冠肺炎等的传播，这可能与不利于病毒生存有关，或是因为人类免疫系统在较温暖的条件下会更强。不过这些疾病大部分（63种中有54种）有时也因其他气候危害而加重，只有9种病原性疾病完全因气候灾害而减少。这些发现再次强调了减少温室气体排放的必要性。

论文 👉

https://www.nature.com/articles/s41558-022-01426-1

改造大肠杆菌基因

促进宿主健康

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日前，Cell 上发表的一篇论文称，美国加州大学圣地亚哥分校团队对来自小鼠的天然大肠杆菌进行了基因改造，在重新植入小鼠体内后成功改善了小鼠的糖尿病状况，未来或许有助于人类治疗相关慢性病和遗传疾病。研究人员先从实验小鼠的粪便样本中提取了天然大肠杆菌，从中鉴定出一种遗传上容易驯化的菌株，然后通过基因工程修饰使其表达两种关键蛋白——在胆汁酸代谢中具有重要作用的胆汁盐水解酶（BSH）和抗炎因子白细胞介素10（IL-10）。然后，这些经过修饰的大肠杆菌被重新植入2型糖尿病小鼠的肠道。结果显示，这些大肠杆菌改善了小鼠的多种代谢系统，包括胰岛素敏感性和葡萄糖耐量、脂肪和产热，以及免疫力等。研究人员还对人类志愿者进行了类似的实验，证明这种方法具有人体临床应用的潜力，但还需要进一步研究来确定这些工程化天然细菌在人体中长期定植的情况。

论文 👉

https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.06.050

发现月球起源的新线索

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关于月球的起源有数种假说，其中最主流的是“大碰撞假说”，指的是一颗火星大小的天体Theia在大约45亿年前撞击地球，使得地球的一部分（主要是地幔）抛射到宇宙中形成月球。8月10日，Science Advances 上发表的一项研究进一步支持了“大碰撞假说”：苏黎世联邦理工学院团队在月球陨石中发现了来自地球地幔的稀有气体——氦和氖。团队利用稀有气体质谱仪，分析了NASA在南极洲采集的6个月球陨石样本，测量了样本中亚毫米级的玻璃颗粒（在月球玄武岩冷却时形成，排除了太阳风的影响），结果检测到的氦和氖的含量远超预期。这一发现有力地证明月球“继承”了地球天然存在的稀有气体，同时将有助于我们了解这些最易挥发的元素如何在太阳系内/外的行星形成过程中幸存下来。

论文 👉

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abl4920