《在新冠肺炎大流行期间,创新技术为三个关键领域提供着帮助》

  • 来源专题:宽带移动通信
  • 编译者: 张卓然
  • 发布时间:2020-05-28
  • 信息和通信技术(ICTs)以及其他技术正越来越多地用于支持抗击和遏制全球新冠肺炎疫情蔓延所做的努力。

    在这场前所未有的危机中,创新技术正为以下三个关键领域提供帮助:

    1) 呼吸设备

    呼吸设备对于治疗因新冠肺炎而引起的晚期呼吸问题至关重要。来自意大利伦巴第的早期报告表明,50%的患者通过持续气道正压通气(CPAP)装置给氧,避免了有创机械通气的需要。但世界上许多国家都面临着这种急需设备的严重短缺。

    英国最新的解决方案来自一个看起来不太可能的来源:汽车运动。一级方程式(F1)梅赛德斯车队与伦敦大学学院的工程师和伦敦大学学院医院的临床医生合作,制造了一款CPAP呼吸器,可以在不需要呼吸机的情况下将氧气输送到肺部。这种解决方案所消耗的氧气比早期型号少了70%。

    平时为梅赛德斯F1车队生产活塞和涡轮增压器的机器,如今正被用于生产CPAP呼吸辅助设备,并且该公司在英国布里克斯沃思的整个工厂已被重新调整以满足这一需求。该设计是开源的,因此其他公司可以在需要时复制这款设备。

    2) 接触者追踪

    迄今为止,追踪病毒的传播已被证实是遏制疾病传播的有效方式。在中国和加纳等多个国家,手机接触者追踪项目已经启动。上周,竞争对手苹果和谷歌公司宣布了一个联合项目,将利用手机基于蓝牙的短距离网络信号来追踪疾病的传播。

    列支敦士登已开始一项试点计划,让本国公民佩戴生物识别手环,实时追踪潜在的新冠肺炎病例,以创建一个“早期预警系统”。该项目的手环由瑞士医学技术公司Ava供应,该公司目前正销售能帮助女性监测生育周期的手环。

    手环将收集诸如皮肤温度、呼吸频率和心率等指标的数据,然后将这些数据发送至瑞士的实验室进行分析。希望这些数据能够帮助卫生部门开发出能够检测出个体生理细微变化的精确模式的算法,从而识别出潜在的新冠肺炎病例——及时在明显症状出现之前。

    此外,泛欧隐私保护邻近追踪(PEPP-PT)项目正在寻求创建一个符合GDPR的应用程序,通过蓝牙技术、机器学习和人工智能来帮助对新冠肺炎进行接触者追踪。

    3) 病患护理

    全球新冠肺炎病例已超过200万人。尽管不是每个人都需要在医院接受治疗,但患者的数量给世界各地的医护人员带来了极大的压力。

    在中国,已经部署了远程控制的机器人来帮助医护人员执行一些关键功能,比如通过口腔拭子检测病毒,进行超声波扫描以及用听诊器听诊器官。在欧洲新冠肺炎疫情的重灾区意大利,机器人已被用于运送食物和监测日常健康指标。

    人工智能(AI)也在病患护理中发挥着作用。其中一个例子是麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)的研究人员开发的一款设备,它可以帮助医生远程监控慢性病患者,但现在已被重新调整用来帮助应对新冠肺炎大流行。

    这台名为Emerald的设备安装在患者的房间里,通过无线信号监测患者的健康状况,这些信号在返回系统之前会从患者身体反射出去。该系统的算法可以分析信号的变化,以追踪被监测人的呼吸频率、睡眠模式和运动。这些数据随后被发送给医生,医生可以在家里评估这些变化。

相关报告
  • 《Cell:高福院士团队在新一代新冠肺炎重组蛋白疫苗研究领域取得重要进展》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2022-05-09
    • 国际顶尖学术期刊《细胞》报道了中国科学院微生物研究所高福院士团队及合作团队在新冠肺炎疫苗研究领域的重要进展,研究者们开发了针对新冠肺炎流行变异株的嵌合受体结合结构域(RBD)二聚体蛋白疫苗的设计方法,其为两个异源的RBD串联形成,与同源的RBD二聚体相比,嵌合RBD二聚体在动物体内可刺激产生更加广谱的抗体反应及提供更好的保护效果。以此策略设计的prototype-Beta嵌合RBD二聚体蛋白疫苗免疫的小鼠和恒河猴在攻毒实验中显示出对多种变异株的保护效果,设计的Delta-Omicron嵌合RBD二聚体疫苗高效保护小鼠预防Delta和Omicron的感染及引起的肺炎。 新冠病毒表面的刺突(S)蛋白负责病毒的受体识别和膜融合,S蛋白上的RBD是一个重要的疫苗靶点,它激发中和抗体的产生,具有免疫聚焦的优势。前期该团队提出了β冠状病毒S蛋白的RBD二聚体疫苗设计理念,发现将新冠病毒RBD进行串联重复设计成的二聚体抗原免疫小鼠血清的中和抗体滴度高于单体的免疫效果(Dai et al, 2020, Cell)。基于该理念,中国科学院微生物所与智飞生物联合开发了新冠肺炎重组蛋白疫苗ZF2001,该疫苗在I/II期临床试验中显示出良好的安全性和免疫原性(Yang et al, 2021, Lancet Infectious Diseases),III期临床试验结果表明在接种ZF2001三剂次后,该疫苗对18周岁及以上人群预防任何严重程度的新冠肺炎的保护效力为81.43%,其中对于重症及以上病例的保护效力为92.87%。该疫苗于2021年3月获得中国和乌兹别克斯坦批准紧急使用,是全球第一个获批使用的新冠重组蛋白疫苗,之后在印度尼西亚和哥伦比亚也获批进行紧急使用,此外,ZF2001于今年在国内获批附条件上市及作为新冠灭活疫苗的序贯加强针。重组亚单位蛋白疫苗具有产量高、安全性高、易于存储和运输等优势,是预防新冠肺炎的重要选择之一。 目前新冠肺炎疫情形势在全球范围内仍很严峻,新冠病毒变异株不断出现和流行,其中有些会逃逸现有疫苗的抗体免疫反应,引起突破性感染。特别是Delta和Omicron变异株依次席卷全球,成为优势流行毒株,给疫情防控带来了严峻挑战。因此,研发一款对包括Omicron在内的变异株具有广谱预防效果的疫苗十分关键。 研究者们基于已经上市的原型毒株同源RBD二聚体蛋白疫苗(ZF2001)的设计基础,开发了快速适应新冠流行变异株的异源RBD二聚体蛋白疫苗设计方法,以此首先设计了prototype-Beta嵌合蛋白疫苗,在小鼠体内验证了其诱导比prototype和Beta的同源RBD二聚体更加广谱的抗体反应和保护效果,且prototype-Beta嵌合蛋白疫苗免疫恒河猴可提供对多种新冠毒株的保护作用。之后,研究者们设计了Delta-Omicron嵌合蛋白疫苗,与prototype同源RBD二聚体疫苗相比,其免疫小鼠刺激产生更加广谱的抗体反应,对Delta和Omicron变异株的攻毒均表现出更好的保护效果,这些研究数据支持开发适应变异株的多价疫苗以预防流行变异株,该研究在当前Omicron变异株流行的背景下给疫情防控提供极大的支持。 中国科学院北京生命科学研究院及微生物所高福院士、南方科技大学冷冻电镜中心主任王培毅教授、中国科学院微生物所戴连攀研究员、中国医学科学院医学生物学研究所彭小忠研究员和中国疾病预防控制中心生物安全首席专家及病毒病预防控制所BSL-3实验室主任武桂珍研究员作为共同通讯作者。中国科学院北京生命科学研究院助理研究员徐坤、中国科学院微生物所博士研究生高萍、南方科技大学冷冻电镜中心博士后刘升、中国医学科学院医学生物学研究所鲁帅尧教授、中国疾病预防控制中心病毒病预防控制所副研究员雷雯雯及浙江大学基础医学院博士生郑天依为论文共同第一作者。该项目得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、中国科学院战略性先导专项、比尔及梅琳达·盖茨基金会、中国博士后科学基金、中国科学院青年促进会、深圳市科技创新委员会基金、南方科技大学校长卓越博士后等经费支持。
  • 《上海光源助力破解新冠肺炎病毒关键蛋白结构》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2020-04-06
    • 自2019年12月以来,新冠肺炎(CoVID-2019)爆发肆虐全球,截止4月2日,全球累计确诊病例已超过91万,导致4万多人死亡,感染和死亡病例还在持续增加。到现在为止,尚无针对该传染病的特异性治疗药物或疫苗,故对于病毒的结构、功能及发病机理的研究显得至关重要。 疫情就是命令,上海光源作为大科学装置用户平台,积极响应科研战线的迫切需求,自2020年1月份起开设绿色通道,全力支持“新型冠状病毒”研究的科研攻关。在主动征集用户研究的同时,上海光源紧急组织、协调加速器、光束线站、公用设施等相关专业技术和运行人员,迅速恢复正在停机维护的加速器,恢复光束线站,特别是晶体学线站(BL17U1、BL18U1、BL19U1)的运行开放。生物大分子晶体学方法是利用晶体X射线衍射手段开展生物大分子高精细结构研究的重要技术手段,上海光源晶体学线站近年来在抗击禽流感(H1N1、H7N9等)、严重急性呼吸综合症(MERS)、寨卡、埃博拉病毒等重大传染病研究中都发挥了积极作用,及时帮助科研人员阐明病毒入侵细胞的分子机制,争分夺秒与病毒“赛跑”,为抗击疫情提供利器。 结合用户团队研究工作的开展,上海光源分别于1月12日、2月2日~3日、2月11日、2月17日、2月23日安排了实验机时。 2020年1月12日上海科技大学饶子和/杨海涛团队开展实验,1月26日研究团队率先公布了2019-新型冠状病毒3CL水解酶(Mpro)的高分辨率晶体结构(数据BL17U1采集),紧接着PDB蛋白质数据库将其评选为2月明星分子,并且撰文指出“作为第一个被解析的2019-新型冠状病毒的蛋白结构,3CL水解酶(Mpro)结构数据的及时公开,将推进对于新型冠状病毒这一新发现人类病原体的研究及药物发现,有助于科研人员及临床医生及时应对新型冠状病毒的疫情。”为方便更多的科技工作者第一时间开发以该水解酶为靶点的抗2019-新型冠状病毒药物,在PDB可下载前,团队就已为国内外300多家高校、研究机构及公司的实验室直接提供了结构数据。研究团队解析出的病毒结构已第一时间向全社会公布,以便有更多的科技工作者、特别是药物研发的科技人员使用,在科技战线支持全球抗疫。 COVID-19 3CL水解酶(Mpro)晶体结构(PDB entry 6LU7) 相关链接:https://www.rcsb.org/news?year=2020&article=5e39e03fa5007a04a313edc3 2020年2月11日上海光源团队帮助中国科学院微生物研究所齐建勋团队收集和处理病毒蛋白晶体衍射数据,取得了重要进展。2月20日中国科学院微生物所将数据上传至国家微生物科学数据中心(编号:NMDCS0000001),向全社会共享了2019新型冠状病毒蛋白(S蛋白)受体结合区域(RBD)和人受体ACE2复合物2.5埃分辨率晶体结构(数据BL17U1采集),首次揭示S蛋白如何与受体ACE2在原子层面相互作用。新冠状病毒属于囊膜病毒,表面的刺突蛋白(S)在病毒的入侵过程中至关重要。其负责识别和结合宿主细胞表面的受体并在促使病毒囊膜与宿主细胞膜的融合,介导病毒进入细胞。此外,S也是重要的免疫原,是疫苗设计和治疗性抗体的关键靶点。因此,解析其与受体的复合物三维结构可为靶向二者界面的干预手段开发提供重要的结构依据,对于疫苗和抗体研发具有十分重要的意义,对目前基于S蛋白的血清学诊断试剂研发也有指导作用。这对于传染病防控和风险评估具有重要意义,为进一步疫苗设计及抑制剂筛选提供结构基础。 2020年3月25日,《Cell》 在线发表题为“Structural and functional basis of SARS-CoV-2 entry by using human ACE2”的研究论文。 COVID-19 S蛋白RBD-ACE2复合物晶体结构 (PDB entry 6LZG) 相关链接:DOI: 10.1016/j.cell.2020.03.045 2020年2月17日上海光源团队帮助清华大学王新泉和张林琦团队收集和处理病毒蛋白晶体衍射数据,取得了重要进展。2月18日清华大学对外公布解析了新型冠状病毒(2019-nCoV)表面刺突糖蛋白受体结合区(receptor-binding domain, RBD)与人受体ACE2蛋白复合物的晶体结构(数据BL17U1采集),准确定位出新冠病毒RBD和受体ACE2的相互作用位点,阐明了新冠病毒刺突糖蛋白介导细胞侵染的结构基础及分子机制,从而为治疗性抗体药物开发以及疫苗的设计奠定了坚实的结构基础。2020年3月30日,《Nature》以“Accelerated Article Preview”方式在线发表了题为(Structure of the SARS-CoV-2 spike receptor-binding domain bound to the ACE2 receptor)的研究论文。 COVID-19 S蛋白RBD-ACE2复合物晶体结构(PDB entry 6M0J) 相关链接:https://www.nature.com/articles/s41586-020-2180-5 新冠病毒表面蛋白与人体细胞受体复合物结构的解析,为后续一系列工作打下了坚实的基础,在上海光源本轮绿色通道期间,已经帮助国内科研人员及时掌握了关键蛋白结构信息,还有一些研究团队如复旦大学闻玉梅院士/杨振霖团队、中国科学院药物所蒋华良院士/许叶春团队的工作在推进整理中(数据采集在BL17U1、BL18U1、BL19U1完成)。上海光源4月起正式恢复开放,将继续优先支持新冠相关药物筛选和研发工作。