基于结构的病毒蛋白酶抑制剂理性设计: 上市药物案例解析

摘要:本文以获批上市的抗病毒药物作用靶点为切入点, 系统解析病毒蛋白酶底物识别机制、配体结合位点特征与催化反应机制, 重点剖析蛋白酶与小分子抑制剂及药物的相互作用模式、上市药物结构优化路径与构效关系研究, 从而探讨基于结构的药物设计在已上市病毒蛋白酶抑制剂研发中的关键作用. 本综述希望能为药物研发者开展基于结构的药物设计提供典型案例和方法借鉴, 促进基于结构的药物设计方法发展和助力抗病毒药物研发与临床转化应用.

位点特异性糖基化蛋白质组学研究回顾与展望

摘要:糖基化是蛋白质翻译后修饰中最为多样和复杂的类型之一, 具有广泛且重要的生物学功能. 作为研究蛋白质糖基化修饰的核心领域, 糖蛋白质组学, 尤其是位点特异性糖基化蛋白质组学研究, 能够揭示与疾病相关的糖链结构和糖基化位点. 这不仅有助于深入理解特定蛋白质糖基化修饰特征, 还为揭示糖基化在疾病发生和发展中的作用机制提供了重要的信息. 本综述回顾了过去20年基于质谱的糖蛋白质组学的主要进展, 重点聚焦于完整糖肽解析的研究成果. 首先, 概述了糖蛋白质组学的发展历程, 并回顾了从糖基化位点鉴定到完整糖肽解析中的关键研究进展. 随后, 深入探讨了糖肽富集技术、质谱分析方法、数据解析工具及数据库建设等方面的进展, 分析了相关技术的优势与挑战. 最后, 指出了当前糖蛋白质组学研究中亟需解决的问题, 并展望了未来在解析深度、全面性、准确性及生物医学应用等方面的发展方向.

新型生物医用钛合金的设计及应用进展

摘要:传统医用钛合金的设计标准主要为强度与弹性模量。随着外科植入物在临床的不断应用,新型生物医用钛合金的设计要求也随之提高,不仅需要考虑合金元素的生物相容性、细胞毒性等生物安全性指标,而且针对不同的人群提出可拆卸或长期植入的理念。对比分析了国际上对医用钛合金的传统设计方法及准则,重点介绍了新一代外科植入用钛合金应该具备的最新设计要素和最新应用进展,提出了医用钛合金的未来发展方向。

微化工技术在纳米药物递送系统中的应用

摘要:纳米药物递送系统利用纳米尺度载体包裹药物, 通过结构设计、尺寸调控、表面功能化修饰等策略, 克服生物屏障, 增强稳定性与靶向性. 然而, 传统制备技术难以满足纳米药物递送系统粒径与结构可控制备的需求.微化工技术以其高效的热质传递、精准可控的反应条件以及过程可放大性等优势, 在纳米药物递送系统制备中展现出巨大潜力. 本文综述了微化工技术在纳米药物递送系统制备中的应用, 包括微混合技术原理、典型纳米载体形成机制及连续可控制备策略. 展望未来, 动力学调控的多步微反应逐级组装等新兴策略有望进一步推动纳米载体的精准构筑与临床转化.

生物医学的可视化发展前沿与机遇

摘要:生命健康重大问题及生物医学基础前沿的探究离不开对生命过程和机体调控规律的系统解析。生命体高度复杂,跨越多个时空尺度且同层级与跨层级之间的交流调控错综复杂。准确理解生命功能和调控规律,需要获取与整合不同层级的结构与调控信息。近年来,新型成像技术以及人工智能等方法的快速涌现使生命活动的在体、实时、精确可视化成为现实,是后基因组时代“可视化生命”“刻画疾病”的利器。基于国家自然科学基金委员会第365期“双清论坛”,本文聚焦代谢、神经与认知、肿瘤免疫等生物医学前沿领域,探讨了可视化技术在揭示生命调控规律和探究复杂疾病成因等方面的研究现状和发展趋势,分析了我国在这些领域的已有优势和布局,凝练了未来5~10年亟需聚焦和解决的重要科学问题,提出了可视化技术助力生物医学发展的新模式和新范式。

基于脑机接口与虚拟现实技术的手部软康复系统研究

摘要: 基于脑机接口和虚拟现实技术在康复医学中的巨大应用潜力,以及目前手部康复系统中存在的若干问题,本研究提出一种基于脑机接口与虚拟现实技术的手部软康复系统。与传统康复外骨骼相比,该软康复系统适配不同脑卒中患者手部,允许手和手指在非驱动方向上运动,重量轻、便于携带、透气性强、安全性高。在脑机接口( brain computer interface,BCI) 和虚拟现实环境帮助下,系统可以协助患者主动完成康复训练任务,并通过特定游戏任务,为患者提供运动感觉和本体感觉反馈,在康复过程中提高患者大脑可塑性,改善运动神经功能重塑。相关实验结果说明,本研究系统结构稳定、性能可靠,脑电信号分析准确率满足系统要求,脑机接口与虚拟现实的结合可以有效激活相对应脑区,为脑功能重塑与脑神经重建奠定了理论基础。

酶定向固定化策略在生物传感器中应用

摘要:酶电极生物传感器具有灵敏、高效、特异性强以及器型小巧等特点,在生命科学研究、疾病诊断和监控等领域展现出广阔的应用前景,酶的固定化是决定酶电极生物传感器性能(稳定性、灵敏性、重现性) 的关键步骤,通过随机固定化(物理吸附、共价交联等) 容易引起酶活力下降、固定化稳定性低等问题,而利用氨基酸残基突变、亲和肽融合以及核苷酸特异结合等优化酶分子空间取向,为解决随机固定化问题提供了新的可能。本文对基于定点突变引入带有官能团的特定氨基酸(赖氨酸、组氨酸、半胱氨酸、非天然氨基酸)、通过基因工程融合亲和肽(金结合肽、碳材料结合肽、碳水化合物结合结构域) 及利用核苷酸与目标酶(蛋白质) 之间的特异性结合等策略来实现酶分子传感元件定向固定化的原理、优缺点以及在酶电极生物传感器上的应用进展进行了系统综述,并对多种传感界面固定化酶表征技术的应用领域、各方法的优点和应用局限性进行了探讨,以期为高性能酶传感元件创制及酶电极传感器的制造提供理论和技术指导。

医疗机器人关键技术研究进展及展望

摘要:医疗机器人是全球高端医疗装备的发展“高地”,与人工智能、脑机接口、新一代移动通信等前沿技术跨领域融合后成为医疗行业新质生产力的重要组成部分;把握医疗机器人关键技术研究态势,将支撑我国医疗机器人领域精准布局、提升医疗机器人产业技术竞争力。本文基于多维度的调研与评估,立足医疗机器人的发展需求,明晰了手术机器人、康复机器人、诊断机器人、其他医疗机器人的应用现状,梳理了结构设计、运动控制、感知反馈、信息处理与导航、远程通信与人机交互、人工智能辅助诊疗等医疗机器人关键技术方向的研究进展;进一步提炼出智能化与自主化、小型化与柔性化、交互多模态化与远程化、系统集成化与生态协同等医疗机器人关键技术突破方向。相关研究成果厘清了医疗机器人技术发展脉络与整体态势,为构建自主可控的医疗装备产业体系、提升医疗科技核心竞争力提供了理论支撑与决策参考。

下肢外骨骼康复机器人的分类及其应用现状

摘要:下肢外骨骼康复机器人应用于下肢运动功能障碍人群,使患者能够通过机器恢复或改善行走和运动能力。但是,基于不同疾病,患者所需求的功能是不同的,比如肌力不足的患者需要增强助力,脊髓损伤患者需要运动代偿,步态异常患者需要步态矫正,脑卒中患者需要神经康复。为了设计对疾病更有针对性的下肢外骨骼康复机器人,本文根据各类下肢功能障碍的特点与康复需求,按照设备所提供的主要功能,对现有的下肢外骨骼康复机器人进行汇总和分析比较,总结现有设备的功能与疾病的相关性,为研究设计新型下肢外骨骼康复机器人提供一定参考。

金属镁催化高张力三元环系的不对称开环反应

摘要:利用储量丰富、廉价易得、低污染元素作为催化资源构筑重要立体化学结构具有重要研究意义. 含杂原子的手性化合物, 例如手性氨基醇类、手性酰胺类、取代四唑类, 吲哚衍生物、吡咯烷衍生物等结构单元广泛存在于天然产物中, 并且在药物研发过程中具有重要的价值. 高效构建以上结构单元一直以来都是化学、生命科学、药学科研工作者重点关注的问题. 三元环系结构具有较大的环张力, 导致其稳定性低, 因此具有较高的反应活性.重要三元环系化合物主要包括: 环氧乙烷(oxirane)、氮杂环丙烷(aziridine)以及供体-受体环丙烷(donor-acceptor,D-A cyclopropane), 这些结构的不对称开环反应成为构建上述重要结构骨架的合成砌块. 值得注意的是, 近些年在金属催化剂催化策略下, 经三元环类化合物的不对称开环反应高效构建高对映选择性的含杂原子结构片段及杂环骨架受到了广泛的研究关注. 同时, 伴随了多种催化策略的发展. 本文主要综述了近年基于金属镁催化策略的三元环类化合物不对称开环反应研究进展, 讨论了基于不同类型亲核试剂及催化条件下的开环反应途径和方法, 阐述了反应的相关应用, 探讨了部分机理过程. 最后, 对三元环类化合物不对称开环反应当前的发展状况进行了总结,并在此基础上进行了相关展望.