【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。
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
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
• 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。
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
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
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。
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。
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。
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；
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 Research
Through
Advancing
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”，
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
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。
• 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
Байду номын сангаас
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。