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治疗“绿色癌症”,智能细菌来帮忙******

  ◎实习记者 骆香茹

  炎症性肠病虽然致死率较低,但长期以来,也面临着诊断困难和难以根治的问题,被称为“绿色癌症”。

  近日,华东理工大学生物工程学院院长叶邦策教授及该院副教授周英团队在《细胞—宿主与微生物》上发表了一项研究成果。该团队开发了一株智能工程菌——i-ROBOT,可实现在体无创实时监测和记录炎症性肠病的发生与发展,并以自调控的给药模式缓解病症。

  各色技术上阵诊断“绿色癌症”

  炎症性肠病是胃肠道最常见的慢性炎症性疾病,包括克罗恩病和溃疡性结肠炎。腹痛、腹泻、便血等是炎症性肠病主要的症状表现。

  当前炎症性肠病的诊断方法在临床上主要有肠镜、电子微胶囊肠镜等。论文通讯作者叶邦策介绍,肠镜检查的好处是直观,可以观察到人体整个肠道的情况。“但肠镜检查是一项有创检查,在操作过程中难免损伤肠道黏膜,造成少量出血,引起被检者的不适感,患者依从性差。”叶邦策补充道,“也有无痛肠镜,但这种方式有一定风险,做这种检查前需要患者进行全身麻醉,对患有心脏病和肺部疾病的人来说,风险较大。”

  电子微胶囊肠镜是近年来新兴的检查方式,叶邦策介绍,与传统肠镜相比,其对患者造成的痛苦更小、适应性更强,能检查传统肠镜无法到达的回肠、空肠等。但胶囊在消化道运动的过程中,无法人为控制其运动轨迹,其在消化道等位置会随机翻转,产生视觉盲区,有可能导致错过病变部位、延误病情等情况发生,且电子微胶囊肠镜的检查费用更高,给患者带来的经济压力更大。

  智能工程菌是炎症性肠病的新兴诊断方式之一。叶邦策介绍,他们会提前3天将智能工程菌通过口服灌胃的方式送入小鼠体内,等肠炎造模给药结束后通过分析粪便中存在的智能工程菌的荧光信号和基因组DNA突变情况,确定肠道炎症发生、发展程度。

  “智能工程菌在诊断灵敏性、便捷性以及成本上都具有无法比拟的优势,但目前仍仅能通过分析粪便样品来评估疾病的有无或严重程度,而难以实施在体原位诊断。”叶邦策表示,“此外,智能工程菌的生物安全性还需进一步加强。”

  治疗方法从抗炎药物到智能活菌机器人

  为了攻克炎症性肠病,专家们想了不少办法。过去,炎症性肠病的主要治疗方法是使用抗炎药物和免疫调节药物。叶邦策介绍,随着肠道微生物研究的深入,过去十年间,调节肠道微生态、使用智能活菌成为炎症性肠病的研究热点,创新研究不断涌现。

  叶邦策团队开发的i-ROBOT是使用大肠杆菌Nissle1917作为底盘细胞进行改造的。叶邦策介绍,i-ROBOT能够感知低浓度的炎症标志物,具有诊断早期肠炎的潜力。同时,i-ROBOT还能记录疾病发生与发展的信息,帮助监测胃肠道健康状态。

  当然,i-ROBOT的功能远不止于此。叶邦策表示,i-ROBOT还可以在病灶部位根据疾病的严重程度释放相应浓度的药物,在实现有效治疗的同时,又能避免因过度用药而产生的副作用。

  “我们认为智能工程菌是智能活菌机器人的一种。”叶邦策补充道,“智能工程菌具备优异的感知和收集周围环境信息的能力,能够与周围环境进行互动,并能在特定时间和地点采取特定的行动。”

  近年来,“粪便也能治病”的冷知识刷新了不少人的认知,通过粪菌移植治疗炎症性肠病也受到越来越多的关注。粪菌移植是将健康人的肠道菌群植入患者肠道,重建肠道微生态系统,以此治疗肠道疾病。粪菌移植成为炎症性肠病治疗的一种新选择。然而,叶邦策提醒道:“尽管有很多阳性的结果支持粪菌移植的可行性,但是目前一些安全性、伦理性问题尚未得到很好地解决,粪菌移植疗法还存在争议。”

  发展交叉学科或可破解炎症性肠病诊疗难题

  叶邦策介绍,当前,许多研究证明了智能工程菌具有在活体内诊断和治疗疾病的应用潜力,且智能工程菌逐步朝着智能化和临床应用性的方向发展。其中,功能稳定性、临床效力和安全性是决定智能工程菌能否成功应用于临床的关键。

  叶邦策表示:“合成生物学为智能工程菌感应疾病标志物的种类及传感性能提供了很好的策略,然而仅仅依靠合成生物学难以解决所有问题。”

  叶邦策认为,交叉学科的发展为此提供了新的契机,例如将合成生物学与材料和化学科学相结合,能够增强智能工程菌的定植性、靶向性和可控性,进而实现炎症部位的在体原位成像检测。

  此外,智能工程菌的安全性也是限制其临床应用的重要因素,为了应对智能工程菌可能导致的抗性转移、代谢物毒性等问题,研究者们仍在优化技术方案,通过不使用抗性基因作为筛选标记、选择更安全的益生菌作为智能工程菌的底盘、进行细菌毒力因子的敲除、对逃逸细菌进行有效的控制和清除等策略,有针对性地解决相关难题。

  谈到智能工程菌的应用前景时,叶邦策表示,从诊断的角度来说,如果智能工程菌能够通过临床试验,运用到炎症性肠病的临床治疗中,将打破传统肠道疾病的诊断模式,部分替代侵入性的肠镜检测,能让受检者在没有任何痛苦的情况下,诊断出其是否罹患炎症性肠病。

挑战桥梁建设难关的“巾帼英雄”——记贵州公路集团总工程师张胜林******

  【劳动者风采】

  光明日报记者 吕慎 陈冠合

  很难想象,一位看似柔弱的女子常年跋涉在人迹罕至的山川峡谷间,指挥建造起一座座巨大的桥梁。贵州公路集团总工程师张胜林就是这样一位巾帼英雄,她怀着改变家乡面貌的初心和使命,风雨无阻,矢志不渝,足迹遍布黔山贵水。

  生在贵州的张胜林从小就对家乡千沟万壑、交通闭塞有着刻骨铭心的记忆,梦想着有一天能飞出大山。高考时,本来想学生物工程的她却被北京工业大学交通工程专业录取,从此就跟钢筋水泥打起了交道。

  20世纪90年代初,正值北京城市交通蓬勃发展的时期,张胜林经常跟着老师和专家来到立交桥的施工现场,巨型的机械、构件,让她大开眼界。“那时我就爱上了造桥这项工作,迫不及待想把学到的知识用到家乡的建设中!”

  1993年,刚毕业的张胜林作为一线技术员,参与了贵州省瓮安县江界河大桥建设。第一次去现场,为了寻找最佳的设备安装位置,她徒手爬上高梯,任务完成了,腿还在颤抖。

  彼时,技术人员少之又少,张胜林一个人承担了项目测量、质检等多项工作。从底模制作、施工放样到安装模板、绑扎钢筋,再到浇筑混凝土、构件安装,每个工艺工序,她都在场。

  大桥建成,张胜林坐在山岭高处,望着桥上的汽车和行人,幸福感让她忘却了时间,一坐就是几小时……江界河大桥就这样开启了她的梦想之门。

  建设重庆江津观音岩长江大桥时,由于长江水流湍急,大吨位浮吊无法到达桥位区。她连续熬夜几十天,写下了一本密密麻麻的技术手册,创造出“门式浮吊拼装钢围堰施工工法”,不仅在长江上创造了一个枯水期完成深水基础施工的新纪录,还为该项目节约资金1158万元。

  建设广州新光大桥时,没有可借鉴的资料,经过艰苦思索、反复试验,张胜林提出了一项新工艺——“拱肋大节段提升安装技术”,对推动行业吊装技术进步具有重大意义,该桥也获得了“詹天佑奖”和“鲁班奖”。

  “赶上贵州交通发展的大好时机,我是幸运的。”张胜林说,党的十八大以来,在脱贫攻坚伟大事业的带动下,贵州高速公路、高速铁路建设进入了前所未有的繁荣期。

  “我们贵州的造桥人都有创新基因,因为这里的每一座桥梁都像一件独一无二的艺术品。不仅外观造型不一样,更重要的是桥位区地形地质条件千差万别,设计施工都得拿出与众不同的方案。”

  贵州大小井特大桥是世界最大跨径的上承式钢管混凝土拱桥,桥台所在山坡峰顶与河底相对高差约250米。张胜林带领团队运用大数据技术,实时数据远程自动传输、存储和报警,实现了塔架自动纠偏和索力自平衡。

  在建设世界第一混凝土塔高的三塔斜拉桥——贵州平塘特大桥这一世界级工程建设及技术研究中,她组织研发了缆吊与扣挂自动化控制系统,实现了桥梁缆吊和扣挂施工智慧化和精细化施工,平塘特大桥也荣获第38届国际桥梁大会(IBC)古斯塔夫斯·林德撒尔奖。

  30年来,张胜林参与和主持建造的大小桥梁不计其数,获得两项国家级工法、5项发明专利。她先后被评为全国劳动模范、全国三八红旗手、十大桥梁人物,被誉为“桥梁艺术家”“桥梁女神”“最美造桥人”。

  “困难只能吓倒懦夫懒汉,而胜利永远属于敢于攀登科学高峰的人。”张胜林说,“每当遇到困难时我总用茅以升先生这句话激励自己,新时代呼唤无数迎难而上的科技工作者,我愿意成为其中一员。”

  《光明日报》( 2023年01月05日 04版)

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