非損傷微測技術(shù)(NMT)可以做什么 |《自然》2017最有可能改變世界論文

作者：許越   點擊查看作者自傳

為支持聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，《自然》期刊的250位主編選出2017年發(fā)表的最有可能改變世界的250多篇文章。這些論文來自全球科研機(jī)構(gòu)的科研成果，也包括中國作者的論文，大多涉及跨國或跨機(jī)構(gòu)的科研合作。

NMT非損傷微測技術(shù)，作為世界上為數(shù)不多的優(yōu)秀活體生理功能研究技術(shù)之一，中國科學(xué)家在NMT的生命科學(xué)應(yīng)用方面已走在世界前列。那么，如何在前人工作的基礎(chǔ)上，利用NMT將這些研究繼續(xù)推向深入？本文借助《自然》在這些文章中又精選出的15篇生命科學(xué)與生物醫(yī)學(xué)類的論文，逐一進(jìn)行潛在的未來NMT應(yīng)用分析，因筆者知識所限，疏漏難免，歡迎大家討論與斧正。

1. Horticulture Research論文：

《一種用于生產(chǎn)和快速篩選CRISPR / Cas9介導(dǎo)的非轉(zhuǎn)基因突變植物的方法》介紹了用基因工程創(chuàng)造非轉(zhuǎn)基因植物。

這是NMT非損傷微測技術(shù)可以發(fā)揮最大威力的領(lǐng)域之一。因為幾乎所有通過基因改造后的植物，或多或少都會在信號傳導(dǎo)、生殖發(fā)育、營養(yǎng)代謝等諸多生理功能層面，體現(xiàn)出與野生型的差異。NMT的簡便快速，對于縮短目的基因的尋找和鑒定周期，具有十分重要的現(xiàn)實意義。而且這方面的應(yīng)用的成功案例已十分豐富。

2. Nature Reviews Molecular Cell Biology 綜述：

《從培養(yǎng)皿中觀察人類造血系統(tǒng)的發(fā)展》提供了體外制備造血干細(xì)胞的最新進(jìn)展，這項技術(shù)在基礎(chǔ)研究和臨床醫(yī)學(xué)中有廣泛的應(yīng)用，例如，用于涉及移植和輸血血細(xì)胞的治療。

人造血、干細(xì)胞等再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究，目前所面臨的問題之一是組織水平的適應(yīng)性研究缺乏有力的工具。因為，已有太多的失敗的事例表明，在基因/蛋白/細(xì)胞層面工作完美的解決方案，一旦進(jìn)入到動物/人體內(nèi)，就會表現(xiàn)出一些我們至今還難以理解的生理現(xiàn)象，并導(dǎo)致努力失敗。NMT的非接觸檢測方式，可以使其能夠跟隨研究從細(xì)胞器到組織，甚至器官水平的多層次研究，無疑為解決再生醫(yī)學(xué)的‘最后一公里’問題，提供了不可多得的研究手段。其它細(xì)節(jié)請瀏覽筆者博文：再生醫(yī)學(xué)與NMT非損傷微測技術(shù)（1）技術(shù)解讀

3. Acta Pharmacologica Sinica 綜述：

《用于治療癌癥的共軛聚合物納米材料》介紹了共軛聚合物納米材料，這種材料在生物醫(yī)學(xué)成像，無創(chuàng)治療和藥物遞送應(yīng)用方面都有較大的前景。

我們知道腫瘤組織微環(huán)境對于納米藥物的藥效有著非常大的、有時是決定性的影響。如同剛才所述，NMT非損傷微測技術(shù)是研究組織水平生理現(xiàn)象和組織微環(huán)境的最佳工具之一。比如，腫瘤組織內(nèi)的酸性環(huán)境，迫使納米藥物設(shè)計者，必須重新修改他們的設(shè)計，讓這些納米藥物首先突破這層酸性屏障，才能把治療藥物遞送到理想的目的地。但是，除了H+之外，我們對這個腫瘤微環(huán)境仍然知之甚少，為了設(shè)計出最好的腫瘤納米藥物，NMT的幫助顯然是不可或缺的。

4. The ISME journal 論文：

《在全球范圍內(nèi)親緣關(guān)系緊密的的珊瑚和內(nèi)共生菌Endozoicomonas屬之間的差異特異性》對珊瑚中原核生物內(nèi)共生體是如何形成的，以及它們?yōu)榧闹鞯墓δ茏龀鲈鯓拥呢暙I(xiàn)提供了寶貴的新見解。

NMT非損傷微測技術(shù)本質(zhì)上是通過檢測進(jìn)出活體生物的離子分子流，來揭示該生物體與其環(huán)境之間的信息交換。那么，共生生物之間的相互關(guān)系，以及它們與共享的外部環(huán)境之間關(guān)系的研究，沒有比NMT更加合適的技術(shù)了。

5. Nature Reviews Immunology 綜述：

《影響過敏發(fā)展的早期生活因素》兒童時期的環(huán)境經(jīng)歷可導(dǎo)致過敏癥的出現(xiàn)，并且持續(xù)至成年時期。了解這些早期暴露可能有助于治療選擇和預(yù)防過敏。

過敏的實質(zhì)是某些物質(zhì)進(jìn)入人體后導(dǎo)致部分人的免疫系統(tǒng)發(fā)生的異常反應(yīng)。人們的研究在兩個方向上可以得益于NMT。一是，將這些物質(zhì)引起的人體免疫反應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)的細(xì)胞信號傳導(dǎo)研究，特別是免疫人群和非免疫人群的對比研究；二是，組織層次的深入研究。過敏的免疫問題實際上是組織疾病，微環(huán)境疾病，NMT在這方面將填補(bǔ)這方面過敏研究的歷史空白。

6. Cell Research 論文：

《間歇性禁食通過VEGF介導(dǎo)的巨噬細(xì)胞的替代激活促進(jìn)脂肪產(chǎn)熱和代謝穩(wěn)態(tài)》介紹了間歇性禁食可以幫助抵抗肥胖和代謝性疾病。

血管內(nèi)皮生長因子（VEGFs）可以調(diào)節(jié)血管的發(fā)育。也是抑制腫瘤組織生長的臨床理論基礎(chǔ)。這里面缺失的一些細(xì)節(jié)信息，比如活體組織層面的O2、葡萄糖代謝，pH等微環(huán)境對血管形成，及營養(yǎng)代謝的影響等等。NMT的應(yīng)用將很快完善這方面的信息。

7. Nature Reviews Microbiology 綜述：

《新一代了解和對抗抗生素耐藥性的方法》提供了如何積極應(yīng)對確定和減輕抗生素耐藥性造成的全球威脅的指南。

NMT的應(yīng)用潛力請見筆者的專題敘述。《科學(xué)》抗藥性的困局與出路：中國的機(jī)遇？

8. Signal Transduction and Targeted Therapy論文：

《血小板調(diào)控造血血管發(fā)育環(huán)境，驅(qū)動血管分泌因子介導(dǎo)的肝再生》顯示白細(xì)胞產(chǎn)生可促使肝臟從受傷中恢復(fù)的促再生因子。

將血小板、紅細(xì)胞、白細(xì)胞等血液成份分離出來，利用NMT進(jìn)行逐一研究，目前還沒有實驗室進(jìn)行嘗試。其它建議請見文章2《從培養(yǎng)皿中觀察人類造血系統(tǒng)的發(fā)展》中的論述。

9. Laboratory Investigation 論文：

《使用窖蛋白-1替代肽逆轉(zhuǎn)壓力超負(fù)荷心臟的不良纖維化和心室功能受損》為充血性心力衰竭提出了一種有希望的新療法。

盡管，NMT的時間分辨率目前還跟不上人類心臟肌肉的自然脈動，但是應(yīng)用NMT在細(xì)胞器和單細(xì)胞水平的研究目前還是空白。尤其是，在O2代謝，葡萄糖代謝方面的研究，以及和心臟負(fù)荷之間的關(guān)系，NMT將有較大的發(fā)揮空間。

10. npj Regenerative Medicine 論文：

《通過誘導(dǎo)感覺可塑性的脊椎動物模型中的后眼部移植物，5-羥色胺能刺激誘導(dǎo)神經(jīng)生長并促進(jìn)視覺學(xué)習(xí)》表明，用于治療神經(jīng)和精神疾病的藥物可以重新用于增強(qiáng)在再生療法中移植器官的神經(jīng)支配，整合和功能。

山西醫(yī)科大學(xué)的李金有教授，建立起了世界首個以NMT為平臺的神經(jīng)組織研究實驗體系。為包括器官移植在內(nèi)的其它再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用開辟了嶄新的道路。其它論述請見文章2《從培養(yǎng)皿中觀察人類造血系統(tǒng)的發(fā)展》中的論述。

11. Bone Research論文：

《仿生雙相CAN-PAC水凝膠與無縫界面層在骨軟骨缺損修復(fù)中的應(yīng)用》

NMT非損傷微測技術(shù)在善于研究活體生物材料的同時，自然同樣可以應(yīng)用在非生命物體與外界液體環(huán)境的離子和分子交換的研究方面。因此，人工材料的生物安全性研究領(lǐng)域目前還是一塊未開墾的處女地。

12. Cellular & Molecular Immunology 論文：

《間充質(zhì)干細(xì)胞在人系統(tǒng)性紅斑狼瘡中調(diào)節(jié)Treg / Th17平衡》研究人臍血間充質(zhì)干細(xì)胞在調(diào)節(jié)系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者外周調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Treg）和輔助T細(xì)胞17（Th17）中的作用機(jī)制。

請見問題2的論述。

13. npj Microgravity 論文：《腸道上皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的三維器官型共培養(yǎng)模型，研究沙門氏菌腸道定植模式》傳染性疾病是世界上兒童和年輕人的最大殺手，這產(chǎn)生了對于模仿內(nèi)源性組織的結(jié)構(gòu) - 功能和多細(xì)胞復(fù)雜性的模型的很大需求。本文展示了包含多種上皮細(xì)胞類型和炎性免疫細(xì)胞的高級3-D腸道共培養(yǎng)模型，這一模型在在生理流體流動條件下被工程化，被驗證并被應(yīng)用于研究具有不同宿主適應(yīng)性，疾病表型和抗生素抗性的沙門氏菌病理變種的感染。NMT具有實時3D分離子流速檢測功能。

如何驗證這些組織模型的生理功能？如何建立一個簡便、實時、快速的實驗?zāi)Ｐ停拷�立如同上述李金有教授建立的NMT神經(jīng)組織實驗體系一樣的實驗平臺，值得人們期待。

14. Cell Discovery 論文：

《TRPA1通道介導(dǎo)有機(jī)磷酸鹽誘導(dǎo)的遲發(fā)性神經(jīng)病變》介紹了一種治療有機(jī)磷酸鹽誘導(dǎo)的神經(jīng)損傷的新方法。

請見問題10的論述。

15. Nature Communications 論文：

《光系統(tǒng)II亞基S過表達(dá)提高田間種植作物的用水效率》

葉綠體富集后的NMT放氧光合效率的直接檢測，配合NMT用水效率及營養(yǎng)吸收（K+,NO3-,NH4+）等生理指標(biāo)的檢測，對于后續(xù)確定亞基S過表達(dá)與用水效率之間量的最佳關(guān)系將大有助益。

參考文獻(xiàn)

Nature的15篇原文出處

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