【管理资料】生命科学前沿与现代生物技术进展汇编

• 据蒲慕明介绍，大多数我国脑科学专家认为中国 “脑计划”应侧重社会需求，以“脑健康”为计 划的主题。主要的研究应聚焦在脑工作原理和与 脑重大疾病相关的前沿领域上。它将在多学科交 叉的基础上，以微观、介观和宏观尺度研究动态 脑网络工作问题，尤其重视幼年神经发育疾病、 中年精神类疾病和老年神经退行性病变（如阿尔 兹海默症，又称老年痴呆症）的机理研究和研发 早期诊断及早期干预的手段。我国丰富的脑疾病 样本资源和非人灵长类动物的脑疾病模型将为中 国特色的脑研究提供独特优势。
• 中外专家认为，“脑计划”比“人类基 因组”难至少几百倍，所以这个计划更 需要国际合作。
二、3D生物打印技术
3D生物打印技术
• ３Ｄ 生物打印技术是近年来发展极为迅速的 新的领域，2013年世界经济论坛确定了全球 新兴技术的１０ 个方向，其中就包括３Ｄ 生 物打印技术。
• 3D生物打印技术的优势： 1. 可以实现组织器官的快速构建； 2. 可供选择的细胞种类丰富； 3. 能够完成复杂器官的精确打印； 4. 免疫排斥反应小。
• 2013年2 月，美国杜克大学与巴西的研究 人员成功对大鼠进行了“脑脑接口” 实 验实验。
• 2013年6月，美国明尼苏达大学科学家首 次实现人类意念远程遥控直升机飞行。
• 2013年8 月，美国华盛顿大学科学家首次 进行了人类之间非侵入式脑脑接口试验， 一个研究人员能通过互联网发送脑信号， 成功控制远在校园另一侧的同伴的手部 运动。
动物或人脑的海马及相邻区域有位置细胞、头部方向细胞和 网格细胞。它们共同的作用在于定位动物和人在空间的位置。 当动物或人在房间或公园内走动，特定的细胞在不同的位置 就会活动，就会反映出他们在什么位置。而发现这一点，对 于发现动物或人怎么确定方向确定位置很重要。
美国-脑科学计划
2013年4月2日，美国总统奥巴马宣布，正式
2. 辅助新药研发测试
目前，药物测试需要大量受试动物，通 过3D 打印技术，科学家已经打印出人造肝脏 组织，有望取代动物用于新药测试，获得更 好的测试效果，同时可以大幅降低研发成本。 此外，利用3D 打印技术进行动脉、肾脏和特 定细胞打印，可用于模拟人体对药物的反应， 有助于选出安全、高效的药物。
3D生物打印技术的应用方向
我国脑科学计划即将启动
• 面对激烈的国际竞争，中国将在脑科学领域 有何作为？ 中科院外籍院士、中科院上海神 经科学研究所所长、中科院脑科学卓越创新 中心主任蒲慕明表示，目前，国内专家已基 本达成共识：我国应集中资源、凭借某些领 域的优势解决当下最迫切的社会需求，发展 预防和治疗脑疾病的诊疗手段，尤其是神经 发育疾病、精神类疾病、神经退行性病变的 早期诊断和干预。
3D生物打印技术的应用方向
1. 推进人体组织器官再生研究 人体组织再生研究是当前的热点研
究领域，目前，用３Ｄ 打印技术打印 人体器官已经成为可能。2013 年3月， 美国科学家实现了人头骨的3D 打印， 并且获得 FDA 批准；2013年7月，美军 资助的3D 打印皮肤和肾脏研究取得突 破。
3D生物打印技术的应用方向
正式标志着其决心全力抢占脑科学研究的战略制
高点。
美国-脑科学计划
年经费投入：2.32亿美元
联邦政府 1.1亿 私营机构 1.22亿 国防高级研究计划局（DARPA） 5000万美元
美国-脑科学计划
初步实施方案确定了9个研究重点领域，其中包括： 1. 创建大脑结构图谱 2. 开发大型神经网络记录能力 3. 开发基于光遗传学、药物遗传学、生物化学和
生命科学前沿与现代生物技术进 展
一、脑科学计划
• 美国科学家John OKeefe（约翰·欧基夫）、 挪 威 科 学 家 May Britt Moser （ 梅 - 布 里 特 ·莫 泽 ） ， 以 及 挪 威 科 学 家 Edvand Moser（爱德华·莫泽），因发现了大脑 中形成定位系统的细胞，而被授予了 2014诺贝尔生理学或医学奖。毋庸置疑， 现代神经科学已经取得了革命性进展， 未来它仍将是科学发展的大势。
启动一项“脑科学计划”，全称“运用先进创新
神 经 技 术 的 大 脑 研 究 计 划 （ Brain Resancing
Innovative
Neurotechnologies）”，以探索人类大脑工作机
制，绘制脑活动全图，并针对目前无法治愈的大
脑疾病开发新疗法。美国启动“脑科学计划”，
时报告； 4. 仿造人类基因组计划的做法，建立数据分析和
共享系统。
欧盟-脑科学计划
欧 盟 委 员 会 2013 年 1 月 28 日 宣 布 ， 人 脑 计 划 （Human Brain Project）入选“未来新兴旗舰技 术项目”，将在未来10年内获得10亿欧元的经费 资助。人脑计划意在通过大型计算机模拟人脑的 细胞、化学性质和连接性，以求更好地了解大脑 的功能和发育。欧盟指出，对人脑的研究及相应 技术研发至关重要。这不但有助于帕金森病、阿 尔茨海默病等脑部疾病的诊断和治疗，同时还可 以解释人脑的高能效、高可靠性之谜，对人工智 能研发具有重大作用。
目前，脑机接口技术面临两个技术难题：
• 第一个难题是如何把设备植入大脑，并且保证 这个设备能够在使用者几十年的整个生命周期 内正常运作；
3. 促进活体细胞培养 荷兰Twente 大学的一个研究小组使
用纳米3D打印技术制造出了迄今为止 最小的金字塔，用于培养细胞。这种微 型金字塔在组织工程和再生医学领域具 有良好的应用价值。
三、脑机接口与脑脑接口
• 所谓“脑机接口”技术，指的是在大脑 与假肢等外部设备之间建立一条直接传 输大脑指令的通道，在神经通路损坏的 情况下，利用计算机解读脑部信号，进 而控制外部设备。
电磁场等的神经回路操纵工具 4. 利用虚拟现实、机器学习等了解认知和行为活
动基础 5. 研究提高人类大脑成像技术的空间分辨率和时
间采样率
美国-脑科学计划
计划将分为4个阶段： 1. 其中研发新的影像工具，如利用光线穿透脑组
织，以探测并操控细胞功能； 2. 利用新一代电子探针，检测和操控大量的细胞； 3. 利用纳米技术对单个神经细胞内的活动进行实