干细胞及生物材料治疗脑卒中
脑卒中是一种急性脑血管疾病,是由于脑部血管突然破裂或因血管阻塞导致血液不能流入大脑而引起脑组织损伤的一组疾病,包括缺血性和出血性卒中。城乡合计脑卒中已成为我国第一位死亡原因,也是中国成年人残疾的首要原因,脑卒中具有发病率高、死亡率高和致残率高的特点,然而目前脑卒中一直缺乏有效的治疗手段。围绕脑血管疾病的医学成像、疗效评估、发病机制等方面,中心汤耀辉团队在应用干细胞及生物材料对脑卒中的治疗方面取得了突破:成功建立多种脑缺血动物模型,应用外泌体、生物材料、miRNA、干细胞等深入研究卒中后脑组织功能修复及机制,揭示了脑血管功能修复的关键步骤;设计搭建了多通道微流控收集装置,基于水凝胶和静电纺丝纤维支架发展了多种智能型和诱导型的生物材料进行脑疾病治疗和诱导脑组织再生,拓展了脑卒中的临床诊治思路;研发了多功能成像探针,对移植后干细胞和外泌体的分布、迁移以及功能进行了系统评价,建立了脑血管功能修复的评价标准。
SRA成像小鼠脑血管形态,LSCI成像小鼠血流状态
褪黑素预处理的骨髓间充质干细胞进一步减少脑梗死体积,促进脑卒中后功能恢复
基于缝隙增强拉曼探针的前哨淋巴定位技术
目前癌症仍然是人类健康第一杀手,且发病率逐年升高,在欧美日加等发达国家,癌症的死亡率仍然排在第一位,目前全世界都在试图攻克癌症的治疗难题。中国是全球癌症增速、增量最大的国家,占全球新发癌症的1/3-1/4。肿瘤手术治疗的术后转移扩散是癌症复发的主要原因之一,防治肿瘤的转移和复发是提高癌症生存率的重要途径之一。原发癌的肿瘤细胞经过淋巴系统通过各级淋巴结转移到远端是肿瘤转移的主要方式。因此,为防止肿瘤细胞通过淋巴系统转移而导致的肿瘤复发,手术切除实体肿瘤的同时,需要进行淋巴清扫手术清除可能发生肿瘤细胞转移的淋巴系统,以达到降低复发风险的目的。然而淋巴系统对人体的生命生理活动具有十分重要的作用,不必要的清扫会对患者身心带来较大影响,以乳腺癌为例,腋窝淋巴清扫术后,可导致上肢水肿、运动障碍、乏力等,严重影响患者生活质量。因此对肿瘤周围前哨淋巴结进行精确定位,确定淋巴结是否发生肿瘤转移,是评估是否进行淋巴清扫的重要依据,如果前哨淋巴结发生了肿瘤细胞转移,则经过淋巴系统发生肿瘤转移的风险增加,需要进行淋巴清扫,如果前哨淋巴结没有发生肿瘤细胞的转移,那么次级淋巴系统发生肿瘤转移的风险较低,可以避免淋巴清扫,这样可以在降低肿瘤复发风险的同时,保护了患者淋巴系统提高了生存和生活质量,前哨淋巴结活检(SLNB)技术这一理念的引入被称为乳腺癌治疗史上的一次革命。针对前哨淋巴结定位,目前全球仅有第一代技术、第二代传统技术,第一代技术为染色法,用肉眼观察染色的淋巴结以定位淋巴结。第二代技术主要是通过外在检测设备检测示踪剂发出的信号,比如核素法和荧光染色法,但在临床应用上均存在痛点,无法有效满足临床和市场的需求。
基于以上背景,中心叶坚团队响应市场对第三代技术的需求,对前哨淋巴结的定位将更加精准和便捷,并将在原位确定前哨淋巴是否发生肿瘤细胞转移,可以在术中快速准确地指导临床医生是否进行淋巴清扫,既可以降低肿瘤转移复发的可能性,又可以避免不必要的淋巴清扫以提高肿瘤患者的生活质量。实体瘤周围淋巴系统前哨淋巴结的定位和活检是指导肿瘤术后淋巴清扫的重要依据,该技术是针对实体肿瘤外科手术相关前哨淋巴结的定位和确定是否发生肿瘤细胞转移的新技术,革命性地提高肿瘤术后转移扩散诊治技术水平;针对实体肿瘤外科手术相关前哨淋巴结的定位和确定是否发生肿瘤细胞转移的新技术,主要包括前哨淋巴结精确定位的纳米材料示踪剂和拉曼定位检测仪器;主要应用场景是将拉曼增强示踪剂注射于实体肿瘤周围,纳米示踪剂材料在淋巴趋向性的作用下,经淋巴系统扩散到前哨淋巴结并停留,再使用便携式拉曼探测仪检测,以获取示踪剂发出的独特的拉曼光谱信号(与人体组织的背景信号完全不同),从而实现对前哨淋巴结的精确定位。该技术具有高特异性、高灵敏度、高稳定性、良好生物相容性等特点。
下一代技术将实现原位确定前哨淋巴结的肿瘤转移情况,很有可能替代现有的术中病理活检,这将大大缩短肿瘤手术时间,快速高效地指导临床医生手术操作。未来3年,本项目将集中力量完成临床前和临床研究,2023年争取顺利获得三类医疗器械证书。产品主要的目标市场全国1192家三级医院(其中三级甲等医院722家)肿瘤外科、乳腺外科等和实体瘤外科手术相关的科室,通过2-3年时间,全面展开市场推广和营销工作,成功开发北京、上海、广州等医疗资源最为丰富的重点城市的三甲医院。预计每年可累计为约20-30万肿瘤手术患者提供诊疗帮助,通过指导临床医生进行前哨淋巴结定位,在降低肿瘤患者复发风险的同时,避免过度医疗造成不必要的手术并发症,提高患者的生存期和生活质量,创造较好的社会效益。
用于术中检测和清除残余微肿瘤的缝隙增强拉曼标记示意图
脑疾病变异知识库PsyMuKB
在众多的复杂性脑疾病,如发育性(孤独症)或退化性(阿兹海默氏症)等神经精神疾病的遗传研究中,原发变异是导致严重神经精神心理障碍的关键遗传因素,而原发变异是如何影响人脑的基因功能从而导致疾病发生发展一直是一个热点研究。随着高通量测序技术渐趋成熟,基于家系研究已能鉴定识别了大量的脑疾病新发变异,并且已有众多研究报道了相关的突变解析工作来了解这些变异在基因及生物体内的影响。
基于以上背景,中心林关宁团队构建了神经精神脑疾病变异知识库(NeuroPsychiatric Mutation Knowledge Base,PsyMuKB, http://www.psymukb.net/),该神经精神脑疾病变异知识库是一个多层次、多维度探索疾病变异的综合资源平台,能对临床上发现的脑疾病基因组原发变异进行实时注释和严重度分析,能从生物医学的分子通路与发病机理层面对疾病进行进一步研究的一个全面知识库。该数据库包括:(1)转录本特异性与新发变异分析:由于外显子在同一基因的转录本中差异使用,因此疾病突变可能仅选择性地影响具有携带突变的外显子的转录本。而且,如果某些转录本不在特定发育期或特定组织中表达,那么影响这些转录本的疾病突变可能不会在那个时期或该组织中表现出它们的功能性影响。本项目将组织特异性转录本与疾病突变进行关联,开发一条新颖的数据通道,可以灵活地筛选、搜索和探索受突变影响或者是通过用户指定选择的在大脑中表达的mRNA亚型或蛋白质亚型。(2)蛋白质相互作用网络分析:为了使用户能更直观的观察到发生新发变异的蛋白质与其他蛋白质之间的相互作用关系,从而在蛋白质网络中去探索新发变异对疾病的影响,本项目使用网络图来可视化蛋白质相互作用网络,并对新发突变做了一些组织特异性的功能注释。如果新发突变落在了脑表达的亚型上,将这个突变标记为“脑表达的”突变。同理,如果新发突变落在了脑不表达的亚型上,标记为“脑不表达”的突变。“脑表达/不表达”的突变注释对研究组织特异性疾病生物学的研究人员非常重要。
目前对脑疾病的原发变异的注释大多数都是在基因水平上进行的,对于变异是如何导致疾病的发生与发展的理解还是非常有限的,例如为何有人携带新发罕见的DNA变异会致病,而有人却症状轻微或者不发病,这些问题的机制研究甚少,因而亟需一个不同于已有数据库的、多维度、多层次的新发变异知识库来帮助广大科研工作者和临床专家们来探索这些问题。通过收集与整合这些测序产生的大规模新发变异,结合基因组、转录组以及蛋白质组学数据进行分析,能够更加精准地锚定高风险变异和所影响区域。另外,构建一个专门用于存储、浏览、检索、分析的脑疾病新发变异的知识库不光对研究脑疾病病理研究有着重要意义,也为脑疾病的临床诊疗提供重要依据和参考价值。
脑疾病变异知识库PsyMuKB