【生物医疗】机器人做手术其实还不如人；揭开母乳奥秘：科学家利用基因组数据描绘当中的活细胞

原创 shrimp小小白 Science科学

▼

宇航员首次在太空成功演示CRISPR/Cas9基因编辑技术
研究称富含Omega 3脂肪酸的饮食或有助于减少偏头痛的发生
美国南方的食物可能很美味但研究称经常食用会增加猝死风险
研究人员称简单的5分钟IMST锻炼对健康有很大好处
科学家创造出类似肽的分子Peptoids 可用于治疗疾病
WHO发布AI健康领域应用新指南
科学家使用干细胞在培养皿中培育出一个有跳动心脏的老鼠胚胎
揭开母乳奥秘：科学家利用基因组数据描绘当中的活细胞
机器人做手术其实还不如人

关注视频号，发现更多精彩

宇航员首次在太空成功演示CRISPR/Cas9基因编辑技术

研究人员开发并成功展示了一种研究细胞如何在太空中修复受损DNA的新方法。Space的Sarah Stahl-Rommel及其同事于2021年6月30日在《PLOS ONE》上介绍了这项新技术。对生物体DNA的损害可能发生在正常的生物过程中，也可能是环境因素如紫外线的结果。

在人类和其他动物中，受损的DNA会导致癌症。幸运的是，细胞有几种不同的自然策略来修复受损的DNA。由于弥漫在太空中的电离辐射，在地球保护大气层之外旅行的宇航员面临着更大的DNA损伤风险。因此，人体在太空中采用哪种特定的DNA修复策略可能尤为重要。之前的工作表明，微重力条件可能会影响这一选择并引发了修复可能不够的担忧。然而，截止到目前，技术和安全障碍限制了对该问题的调查。

现在，Stahl-Rommel和他的同事开发了一种研究酵母细胞DNA修复的新方法，这种方法完全可以在太空中进行。这项技术使用CRISPR/Cas9基因组编辑技术对DNA链进行精确损伤，这样就可以比辐射或其他原因造成的非特异性损伤更详细地观察DNA修复机制。该方法关注的是一种特别有害的DNA损伤类型即双链断裂。

研究人员成功地在ISS上的酵母细胞中证明了这种新方法的可行性。他们希望这项技术能在太空中进行广泛的DNA修复研究。该研究标志着CRISPR/Cas9基因编辑技术首次在太空中成功进行，也是活细胞首次在太空中成功转化-整合来自生物体外部的遗传物质。

未来的研究可能会改进这种新方法以更好地模拟电离辐射造成的复杂DNA损伤。这项技术还可以作为研究跟长期空间接触和探索有关的许多其他分子生物学主题的基础。

“这不仅是因为该团队在极端环境下成功部署了CRISPR基因组编辑、PCR和纳米孔测序等新技术，并且我们能将它们整合到一个功能完整的生物技术工作流程中，这适用于DNA修复和微重力条件下其他基本细胞过程的研究，”论文资深作者Sebastian Kraves说道，“这些进展让这个团队充满了希望，他们希望人类能重新探索和居住在广阔的太空。”

研究称富含Omega 3脂肪酸的饮食或有助于减少偏头痛的发生

6月30日发表在《英国医学杂志》(The BMJ)》的一项研究发现，与Omega 3和Omega 6（n-6）脂肪酸正常摄入的饮食相比，食用富含Omega 3（n-3）脂肪酸的饮食能减少头痛的频率。

现代工业化饮食往往是Omega 3脂肪酸含量低，Omega 6脂肪酸含量高。这些脂肪酸是氧化脂质的前体--参与调节疼痛和炎症的分子。

从Omega 3脂肪酸中提取的氧化脂质与减轻疼痛的作用有关，而从Omega 6脂肪酸中提取的氧化脂质则会加重疼痛，并可能引发偏头痛。但是以前评估Omega 3脂肪酸补充剂治疗偏头痛的研究并无结论。

因此，一个美国研究小组想知道富含Omega 3脂肪酸的饮食是否会增加减轻疼痛的17-羟基二十二碳六烯酸（17-HDHA）的水平并减少头痛的频率和严重程度。

他们的结果是基于美国北卡罗来纳大学调查的182名患者（88%为女性；平均年龄38岁），他们每月有5-20天出现偏头痛，被随机分配摄入三种饮食中的一种，为期16周。控制饮食包括典型的Omega 3和Omega 6脂肪酸水平。两种干预性饮食都提高了Omega 3脂肪酸的摄入量。一种保持Omega 6摄入量与对照饮食相同，另一种同时降低了Omega 6摄入量。

在试验期间，参与者定期接受饮食咨询并获得在线支持信息。他们还完成了头痛影响测试（HIT-6）--一种评估头痛对生活质量影响的问卷。每天用电子日记评估头痛频率。在16周的时间里，与对照组饮食相比，两种干预性饮食都增加了17-HDHA的水平，虽然两组干预性饮食的HIT-6得分都有所提高，但在统计上与对照组没有显著差异。然而，两个干预组的头痛频率在统计学上都有明显下降。

高Omega 3饮食与每天减少1.3个头痛小时和每月减少两个头痛日有关。高Omega 3加低Omega 6饮食组每天减少1.7个头痛小时，每月减少4个头痛日，这表明降低饮食中的Omega 6脂肪酸有额外的好处。

与对照组相比，干预组的参与者还报告了更短时间和更不严重的头痛。这是一项高质量、设计良好的试验，但研究人员确实指出了一些局限性，如患者很难坚持严格的饮食，而且大多数参与者都是相对年轻的女性，所以结果可能不适用于儿童、老年人、男性或其他人群。

他们写道：“虽然这些饮食没有明显改善生活质量，但相对于控制饮食，它们在头痛的频率和严重程度上产生了巨大的、有力的减少。”

他们写道："这项研究提供了一个生物学上合理的证明，即疼痛可以通过有针对性地改变人类的饮食来治疗。他们总结说：“集体研究结果表明，n-3和n-6脂肪酸与（疼痛调节）之间存在因果机制，并为管理人类慢性疼痛的新方法打开了大门。”

布列根和妇女医院的Rebecca Burch在一篇相关的社论中说，这些结果支持在临床实践中向病人推荐高Omega 3饮食。她承认对这项研究结果的解释是复杂的，但她指出，最近批准的预防偏头痛药物的试验报告显示，与安慰剂相比，每月减少了大约2-2.5个头痛日，这表明饮食干预可能是可比的，甚至更好。

她补充说，更重要的是，许多患有偏头痛的人对饮食改变有很大的动力和兴趣。这些发现 “使我们离头痛患者和照顾他们的人长期追求的目标又近了一步：一种有强大临床试验结果支持的偏头痛饮食”。

美国南方的食物可能很美味但研究称经常食用会增加猝死风险

美国南方的烹饪以其美味和不健康而闻名。食物通常是油炸的，充满了脂肪和盐，而饮料往往是含糖的。根据美国心脏协会发表的新研究，经常吃这种饮食也可能增加人们因心脏问题突然死亡的风险。

在美国，南方食品涉及诸如鸡蛋、加工肉、"内脏 "等，以及含糖饮料和油炸食品。根据发表在《美国心脏协会杂志》上的一项新的观察性研究，经常吃这种类型的饮食与心脏性猝死有关。

研究结果是基于21000多名45岁以上的人的数据。这些人从2003年到2007年参加了中风的地理和种族差异的原因（REGARDS）研究项目。

值得注意的是，超过一半的参与者居住在美国东南部，由于中风的高死亡率，该地区有时被称为 "中风带"。这项特殊的研究侧重于心脏性猝死，也就是某人突然失去心脏功能，导致在一小时内死亡。

根据从参与者那里收集的数据，该研究发现，与最不可能吃这种饮食方式的人相比，经常吃南方风格的饮食与经历这种猝死的风险高出46%。然而，从另一个角度来看，经常食用传统地中海饮食的人，风险要低26%。

研究人员称简单的5分钟IMST锻炼对健康有很大好处

高血压是一个常见的、隐蔽的健康问题，影响着大量的人，如果不加以治疗，随着年龄的增长会导致严重的疾病。一些降压药可用于治疗高血压，但许多人可以通过改变某些生活方式自然降低血压，包括增加每周的运动量。对一些人来说，获得足够的时间进行充分的锻炼是很困难的，这就是这项新研究的意义所在。科罗拉多大学博尔德分校的研究人员发现，每天参加一种叫做高阻力吸气肌力量训练（IMST）的特定类型的锻炼，每天5分钟可以对高血压产生明显的影响。

这种类型的运动被描述为专门针对控制呼吸的肌肉的力量训练，它可能比药物或有氧运动更有效地降低血压，至少对某些人来说是如此。同样，IMST也被发现可以改善一个人血管健康的某些方面。

这种独特的呼吸肌肉训练早在20世纪80年代就被开发出来，以帮助患有严重呼吸道疾病的人；其目的是帮助他们加强呼吸肌肉，包括横膈膜，通过一个阻力装置 "大力 "吸气。

这项新研究涉及36名患有高血压的老年人。这些参与者被分成两组，一组是安慰剂组，另一组的任务是每天进行30次阻力吸气。六周后，负责使用该设备的小组平均收缩压下降了9个点，这比许多人每周五天花30分钟进行有氧运动时看到的还要多。

这种改善在参与者停止使用该设备六周后基本保持不变，这也与血管内皮功能增加45%和一氧化氮的大幅提升有关，一氧化氮会导致动脉扩张。除此之外，这些参与者在氧化压力和炎症方面也有好处。

科学家创造出类似肽的分子Peptoids 可用于治疗疾病

抗菌肽可以对抗病毒性疾病，但结构上的缺陷使其难以作为药物使用。一个巧妙的分子修复可以创造出合成“Peptoids”来治疗疾病。在人类免疫系统的强大生化物质中，肽是最好的一种。

最常见的是在微生物喜欢“扎根”的地方--眼、口、鼻和肺的粘膜--它们被认为可以杀死各种微小的入侵者，如病毒、细菌和真菌。

鉴于它们的力量，人们可能会认为肽将代表着有希望的药物治疗，甚至可能是治愈许多传染病。但是，可惜的是，它们从根本上来说是有缺陷的。它们很容易受到无数酶的影响，这些酶的工作是迅速分解它们，使它们失去治疗特性。

“由于它们容易被酶分解，肽不是理想的药物。”斯坦福大学工程学院生物工程副教授Annelise Barron说：“它们的生产成本很高，但它们必须以大剂量给药，因为它们分解得太快了。”

但是，正如Barron在《药品》杂志上所描述的那样，她和一个合作者团队现在已经创造了类似肽的分子--她称之为 "Peptoids"--可以规避肽的缺点，并将这些新分子变成一类新兴抗病毒药物的基础，可以治疗从疱疹和COVID-19到普通感冒的所有疾病。尽管Barron警告说，在这些以肽为基础的药物进入市场之前，还需要进行多年的开发和测试，但迄今的结果是非常令人鼓舞的。

Peptoids属于被称为 "仿生学 "的一类生物化学制品--模仿生物分子行为的分子，但具有某些关键优势。它们在现实世界中的对应物，即肽，是由一系列具有生物活性的氨基酸组成的，称为侧链，以特定的序列与一个长链支架（称为肽骨架）结合。不幸的是，将所有重要的分子固定住的键在体内太容易被称为蛋白酶的酶所溶解，这些酶可以消化蛋白质。当肽被溶解时，它们的力量就消失了。

然而，Peptoids的设计是为了耐用。它们的力量来自于它们的结构，它与肽的结构相似，但又有根本的不同。通过改变底层骨架和加强固定的键，Barron的团队已经为这些抗病毒剂创造了一种方法，以保持肽在被蛋白酶降解时失去的力量。

Barron说：“我们很兴奋，我们的肽显示出作为新型抗病毒药物的巨大潜力。”

在他们的研究中，Barron和团队选择将重点放在疱疹病毒上，这种病毒最显著的特点是导致口腔周围的唇疱疹、性传播感染，甚至是某些形式的失明。如果在生命的后期感染，疱疹可能对其宿主造成特别大的破坏。疱疹病毒的脑部感染也与阿尔茨海默病有关，这是一个活跃的研究领域。

该小组审查了一些潜在的蛋白酶，从120个分子结构的资料库开始--当时只是一页上的化学符号。在初步实验的基础上，他们将这些分子结构缩小到10个有希望的候选分子，她的团队合成了这些分子。Barron随后与Gill Diamond教授（路易斯维尔大学）合作，不仅测试了她新造的分子对疱疹病毒的有效性，还测试了它们对口腔外表面的健康人类细胞--即口腔上皮细胞的影响。

正如预期的那样，一些peptoids类化合物对病毒没有显示出任何效果。另一些则具有活性，但对健康宿主细胞有害。但是，五种珍贵的peptoids中的一小部分被证明值得进一步研究。最后，有两种药物被发现可在不伤害上皮细胞的情况下解除疱疹病毒的危害。事实上，其中一种候选药物显示出对病毒的 "完全 "有效性，这让Barron对治疗疱疹的可能性感到兴奋，也许还有更多。

Peptoids类药物通过破坏病毒的包裹性外膜而发挥作用。这种保护性的气泡是任何病毒侵入健康组织并将其有害的DNA分布到人体细胞中，导致感染的关键。“Peptoids类药物不仅破坏疱疹的膜，而且也破坏其他病毒的膜。”Barron说：“这应该使它们具有广泛的适用性，也许甚至可以对付某些目前无法治愈的致命的病毒感染。”

此后，Barron向世界各地的传染病实验室发送了peptoids的样本，要求他们对这些新结构进行测试，以对抗大量的毒株，最明显的是导致COVID-19的SARS-CoV-2病毒，但也有更熟悉的病毒，如流感和鼻病毒，这是普通感冒的罪魁祸首。

Barron说：“我的合作者的早期报告是非常令人鼓舞的。因为我们的蛋白酶模拟了一种非常特殊的人类广谱抗病毒肽--cathelicidin LL-37--我们对它们的作用并不感到惊讶，但看到来自世界各地的这些结果还是绝对高兴。”

WHO发布AI健康领域应用新指南

世界卫生组织(WHO)近日发布了关于在健康领域使用人工智能(AI)的新指南，据悉，来自多个领域的专家就这一话题进行了18个月的辩论。WHO承认，这项技术为医疗保健行业提供了许多好处，但也存在一些大问题。

相信大家已经看到越来越多在医疗保健环境中使用AI软件和系统的研究和试验。这些系统在通过扫描发现早期癌症迹象、帮助指导新治疗方案的开发等方面有时可以超越人类。除此之外，这项技术还可用于监测目的，如在疾病普遍爆发的地区。

除了好处，该组织还指出，在卫生保健中应用这种技术还存在“伦理挑战”。这些问题包括可能将AI视为“灵丹妙药”、危害安全治疗、通过预测某些人可能患上或感染某些疾病而增加对他们的污名化。

这份长达165页的指南文件其内容涵盖了各种解决这些潜在的问题的主题。

这些关键原则包括保护患者的自主权、使用AI以促进安全、福祉和公共利益发展、确保公平和包容性、促进可持续的技术并确保维护透明度和可解释性。

该指南对AI可以给社会带来的一些好处和问题提供了非常有意思的看法，特别是在医疗保健方面。这些发现强调了我们所有人都可以从使用AI诊断、治疗和预测健康问题中获益，但它也会让生活更加困难，尤其是对已经处于社会边缘的人来说。

科学家使用干细胞在培养皿中培育出一个有跳动心脏的老鼠胚胎

一项新研究在实验室培养皿中详细展示了一个几乎完整的老鼠胚胎的发育过程--有肌肉、血管和微小跳动的心脏，据悉，该胚胎由干细胞培育而成。这项研究展示了迄今为止创造的最复杂的“培养皿胚胎”，这为在实验室培育替代人体器官的道路上提供了重要的创新。

这项新研究来自弗吉尼亚大学医学院的Thisse实验室。在Christine和Bernard Thisse的带领下，科学家们多年来一直在致力于寻找一种利用干细胞构建功能胚胎的方法。

在实验室培养皿中利用干细胞制造胚胎显然不是一个简单的过程。它需要几种不同类型的干细胞，然后在正确的时间引导这些细胞发展成正确的有组织结构。

在过去的几年时间里，这个实验室克服了几个障碍，在研究更复杂的哺乳动物之前，首先创造了条纹鱼胚胎。Christine Thisse指出，她的团队取得了突破，这是首个完全由干细胞构建的如此复杂的哺乳动物胚胎。

截止到目前，研究还没有进展到产生出一个完全成熟的小鼠胚胎。在这项研究中，胚胎发育在相当于妊娠中期的阶段停止。Bernard Thisse表示，尽管某些大脑区域的发育仍是一个有待克服的障碍，但他们相信很快就能产生完整的“胚胎状实体”。

“我们目前生产的胚状体缺乏前脑区域。然而，有了我们已经开发的技术，我们在某种程度上应该能操纵控制胚胎形成的分子信号，这应该会帮助产生包含包括前脑在内的所有组织和器官的胚胎样实体，”Thisse说道。

据了解，这项研究的主要目标是为移植培育出功能性的人体器官。这表明，这项新突破代表着通过对干细胞生长的定制控制可以实现复杂的组织组织，这使得人们离现实更近了一步。

其他成果则包括使用详细的实验室培养的类器官来更好地模拟疾病。不过这类研究还能走多远呢？研究人员在这项新研究中得出的结论是--“这个模型具有进一步操纵梯度、建模疾病、进行药物筛选甚至开发人类对应物的潜力。”

揭开母乳奥秘：科学家利用基因组数据描绘当中的活细胞

Sarah Nyquist第一次接触生物学是在高中时期，当时她参加了由基因组学先驱Eric Lander教授的麻省理工学院(MIT)在线课程。起初她还不知道会发生什么，但很快发现生物学是她最喜欢的学科。从一台旧PCR机器和一些食堂的蔬菜开始，她开始用她能找到的任何东西做实验。

Nyquist上大学时主修生物学，但很快就被计算机科学课程中更多的动手操作风格所吸引。即使作为计算机科学专业的学生和Google的两名暑期实习生，她的脑海里也一直萦绕着生物学。她最喜欢的课程是由一位计算生物学教授教授的：“这让我很兴奋地使用计算机科学作为一个工具来查询生物学问题。”

在莱斯大学读本科的最后两年里，Nyquist还在贝勒医学院的一个实验室工作，并最终跟Eric Lander本人共同撰写了一篇论文。

现在，Nyquist是一位研究计算和系统生物学的博士生。她的工作由Alex Shalek和Bonnie Berger教授共同指导，其使用机器学习来理解单细胞基因组数据。由于这项技术几乎可以应用于任何生物材料，所以Nyquist只能自己选择她的研究方向。

Nyquist在转换了各种可能的论点之后最终决定研究哺乳，这是人类发展中一个重要但被忽视的话题。“很多人没有意识到母乳中确实有活细胞。我们的研究是看看不同的细胞类型是什么以及它们可能在做什么，”Nyquist说道。

Nyquist最初在MIT研究传染病，现在她喜欢研究基本的科学问题，这些问题是关于出生时被指定为女性的人的生殖健康。“我的论文工作让我看到了这个非常重要的研究领域。作为一名女性，我总是注意到关于女性生殖健康有很多未知。我能为这种知识做出贡献的想法让我非常兴奋。”

母乳的复杂性

Nyquist和她的团队在研究中从十几位捐赠者那里获取了母乳。这些样本会在产后立即提供到约40周后，这让我们得以了解母乳是如何随时间变化的。Nyquist说道：“我们记录了许多变化的环境因素，如孩子是否已经开始日托、母亲是否已经开始月经或母亲是否已经开始激素避孕。这些辅助因素中的任何一个都可以解释我们所目睹的成分变化。”

Nyquist还假设，关于母乳的发现可能是研究乳腺组织的一个替代方法。由于哺乳需要乳房组织，研究人员历来难以收集组织样本。她补充称：“哺乳期间，人类乳房组织的细胞组成还不清楚，尽管它是重要的早期营养来源。”

总体来说，研究小组发现捐献者之间存在很多异质性，这表明母乳比预期的要复杂得多。他们已经见证了牛奶中的细胞主要由一种随时间增加数量的结构细胞组成。Nyquist的团队推测，这种转变可能是由于母乳喂养期间乳腺上皮组织的高更替。虽然原因尚不清楚，但他们的数据增加了对该领域的理解。

他们发现的其他方面已经证实了一些关于母乳中重要免疫细胞的早期发现。奈奎斯特说:“我们在人类母乳中发现了一种巨噬细胞，其他研究人员之前在小鼠乳房组织中也发现了这种细胞。”“我们真的很兴奋，我们的结果证实了他们看到的类似的事情。”

将研究成果应用到COVID-19中

除了研究母乳中的细胞外，Nyquist还将她的技能应用于研究可能被COVID-19感染的器官细胞。这项研究在流感大流行初期就开始了，当时Nyquist和她的实验室同事意识到，他们可以用一种新的方式探索他们实验室的集体细胞数据。她说道：“我们开始寻找是否有任何表达基因的细胞可以被COVID-19病毒劫持进入细胞。果然，我们发现鼻、肺和肠道组织中的细胞更容易受到病毒侵入的影响。”

他们的研究结果很快就被公布并传播给了公众。在Nyquist看来，这证明了协作和计算工具在下一代生物研究中是多么重要。“我以前从未参与过这样快速发展的项目--我们能够在两周内得出数字。我认为，看到科学家们如此迅速地在这方面进行研究，让公众感到鼓舞，”她说道。

在自己的研究之外，Nyquist喜欢指导和教授其他科学家。她最喜欢的经历之一是在HSSP教编码。HSSP是MIT学生开设的一个面向初高中学生的多周末项目。这段经历鼓励她想办法让任何背景的学生都能接触到编程。“要弄清楚传达这样的信息是容易还是困难是很有挑战性的，因为这两者都会把人们吓跑。我试图让人们足够兴奋，以便他们能学习基础知识并建立信心并进一步投入。”

毕业后，Nyquist希望通过从事教授职业来继续她对导师的热爱。她计划深化对子宫健康的研究，可能是通过研究不同的感染性疾病如何影响女性生殖组织。她的目标是对长期以来被认为是禁忌的生物过程提供更深入的了解。

Nyquist说道：“在月经、母乳喂养或更年期等重要话题上，我们有这么多要学习的东西，这对我来说太疯狂了。例如，我们不知道某些药物在怀孕期间对人们的影响有何不同。一些医生告诉怀孕的人停止服用抗抑郁药，因为他们担心这可能会影响他们的孩子。事实上，我们不知道的东西太多了。当我告诉人们这是我的职业方向时，他们经常说很难为女性生殖健康研究获得资金，因为它只影响了50%的人口，但我想我能说服他们改变主意。”

机器人做手术其实还不如人

很多科技行业都在引入机器人辅助，确实也带来了效率的极大提升，但似乎不是每个行业都能从中获益。德克萨斯大学的研究表明，用机器人进行的手术花费更多，时间更长，并且不够安全。德克萨斯大学的研究人员检索了50项已公布的手术对照组试验，以评估机器人辅助手术的质量和结果。对照组试验涉及做了腹膜骨盆手术、腹腔镜检查的4898名患者。