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生殖医学-前沿交叉的黄金地
作者:  来源:   发布时间:2020年12月23日 10:19  浏览次数:

202010月国家自然科学基金委成立第九大学部:交叉科学部,生而不同,亦生生不息。然而当我们回顾身边的点点滴滴,亦能发现我们所从事的生殖医学领域,确为一块前沿交叉的黄金地,我们择其一二而简述之。

一、生殖与人工智能

人工智能(Artificial IntelligenceAI)正在助力各行各业飞速发展,在人工智能领域发展较为成熟的是图像识别技术,已有多项研究成果实现临床转化,应用于放射性影像识别服务、皮肤病诊断、糖尿病视网膜病变检测等。人工智能在生殖医学领域的应用刚刚起步,其中多项基于Time-lapse延时图像识别优质胚胎的人工智能算法相继报道,效果较好。2018生殖领域的“人机大战”中,人类染色体影像处理机器人“半输半赢”给了10位业内高手。生殖领域有图像的地方,就有可能快速成为与人工智能高效结合的点,如优精优卵优胚筛选、超声卵泡自动化计数分类、阴道分泌物自动诊断等等。

二、生殖与微流控

微流控Microfluidics是一种精确控制和操控微尺度流体的技术,涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程等,对很多人而言可能比较陌生。市售的验孕棒、排卵试纸、血糖试纸等其实就是微流控在医学领域的简易雏形应用,成本可控,方便实用。微流控在现场快速检验(POCT)领域正在发光发热,有很多值得期待的,比如生殖内分泌激素的即时检验。因为很多生殖激素的检验是基于抗体抗原反应的,这就对抗体要求较高,比如AMH、GDF9、BMP15可用于诊断量产的高质量抗体尚缺乏等。微流控在基础研究领域的应用也层出不穷,如基于微流控的胚胎培养/类器官培养、基于微流控的胚胎空间转录组测序等。

三、生殖与类器官

类器官(organoid),类似于组织的器官,即三维的细胞培养物,能更好的模拟体内器官的3D状态,能让我们更好地理解发育过程,已成为疾病研究和药物开发的重要工具。目前,肠脑肝肾等类器官培养体系均已商品化,在妇产领域,类器官的建立主要是生殖系统癌症相关的类器官,如子宫内膜癌类器官、卵巢癌类器官,目前主要用于药物研发。在生殖领域,建立生理状态下的类器官体系对理解生殖生物学过程如胚胎着床、母胎对话等将会有极大的帮助,这方面发展亦较快,比如2018年英国建立可以长期稳定培养的人体胎盘“类器官”,用于研究妊娠期间生理变化。目前研究的热点是建立更贴近母体内环境的内膜类器官,探索建立胚胎体外超长时间培养系统,以揭开胚胎发育的“神秘面纱”。

四、生殖与化学

 生命体是由有机物组成的,生命可谓是化学反应的产物。在大自然界,有很多孤雌生殖动物,孤雌生殖也可以用人工方法促其进行。其中化学物质刺激便是常用的方法之一,如钙离子、氯化锶等。虽然化学物质介导的孤雌激活已发现数十年,但是其真正的作用网络尚有待勾勒。借助代谢组学等高通量技术筛选新型促进孤雌孤雄激活的小分子化合物将迎来新发现。另一个重要的热点领域是化学重编程技术,即使用化学小分子诱导体细胞转化为多能干细胞。与传统的基于转录因子的重编程相比,化学物质的时间剂量更容易控制。在化学重编程方面,我国科学家邓宏魁教授,走在了前列,在小分子化合物诱导细胞命运转变方面做出了了系列开拓性工作。近期8个转录因子诱导产生卵母样细胞震惊学术圈,试思考这其中的化学物质如何改变,能不能通过某几类小分子化合物的组合实现干细胞到卵的转变?化学的世界等待你的奇思妙想与神奇发现。

生殖与不同学科的交叉示例不胜枚举,只要敢想敢作敢为,带着生殖-免疫-代谢-衰老等普适性交互问题去思考,与不同学科的人交流起来,真抓实干,总会有意想不到的收获。(赵世刚)

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