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持续科研攻关 为打赢疫情防控阻击战贡献南开力量
来源: 南开大学新闻网发稿时间:2020-03-15 19:25

  南开新闻网通讯员 张博 记者 吴军辉

  习近平总书记在北京考察新冠肺炎防控科研攻关工作时强调,协同推进新冠肺炎防控科研攻关,为打赢疫情防控阻击战提供科技支撑。

  自新冠肺炎疫情发生以来,科技部会同国家卫健委、药监局等13个部门组建了国务院联防联控机制科技攻关组,聚焦五大主攻方向,成立了药物、疫苗、检测、溯源、中医药等9个工作专班挂图作战,先后部署了42个国家应急项目。天津市科技局为应对新冠肺炎疫情,启动天津市绿色通道,建立快速立项机制,实施“新型冠状病毒感染应急防治”科技重大专项。

  南开大学迅即响应国家、天津市号召,积极申报各类科技攻关项目,同时部署了两批校内科技应急攻关项目,发挥综合学科优势,整合化学、生物、医学、药学、大数据统计、人工智能等学科的尖端力量,共有12个理工科学院35人领衔的团队联合参与,从预警监测、临床诊治、快速检测、药物和疫苗研发、医疗服务、基础与防护以及社会服务等多个方面开展疫情防控科研攻关。

建言献策 主动发出科研防控预警

新冠肺炎每日新增治愈人数与新增确诊人数比值随时间变化的时序图

  在疫情预判方面,统计与数据科学学院黄森忠教授团队在新冠肺炎疫情控制策略研究中不断取得进展。该研究通过梳理新冠肺炎疫情发生的核心时间线脉络,分析新冠肺炎的流行病学参数,并将其与SARS(非典型肺炎)和MERS(中东呼吸综合征)比较,经过建模分析,最终对新冠肺炎疫情控制的拐点、流行时间跨度、最终规模及复工风险等作出评估预测。

  该工作基于传播动力学及普适SEIR模型进行建模,通过“南开大学智英健康数据研究中心”开发的程序EpiSIX,实时跟踪国家卫健委及各地卫健委自2019年12月12日以来发布的确诊病例数据,对新冠肺炎疫情的流行趋势进行研判,对疾控策略的效率进行评估,并将相应建议提供给疾控方参考。

  该研究团队从2020年1月30日至今,持续发布疫情传播预测(至2月29日每3天发布一次,共11期;从3月3日起每5天发布一次,共3期),并根据疫情变化,及时调整预测评价指标及预测目标(如疫情最后规模及“没有本地新增病例”的事实终结时间点)。该研究项目由南开大学新型冠状病毒应急科研专项、国家自然科学基金和国家科技重大专项予以支持,并得到了教育部、国家卫健委等的支持指导。研究成果相关论文已在线发表于《中国科学:数学》。

AI筛查CT影像 减轻一线医生诊断压力

武汉同济医院医生正在使用CT影像AI筛查系统

  在临床诊治方面,计算机学院程明明教授团队与北京推想科技有限公司的联合团队,在CT影像智能诊断方面有紧密的合作基础,并在前期研究中取得丰富的成果。

  自新冠肺炎疫情爆发以来,相关技术人员深入湖北疫区合作医院,将智能诊断技术用于新冠病毒的筛查。武汉同济医院过去几周实际发生的475例疑似肺炎CT数据当中,人工智能(AI)对于疑似肺炎CT的敏感度为98.32%,对于同时期140例有症状但是确认非肺炎患者的CT特异度为82.14%。该系统为一线医生筛查提供了重要帮助。

  初步实验和应用结果表明,利用各级医院普遍使用的CT影像获取设备,以及人工智能在线筛查系统,有望为新冠病毒防控工作提供智能辅助的双保险,极大提升筛查效率。在与新冠病毒争分夺秒的战役中取得先机。该项目目前已完成具有较强实用性的版本,可以为防疫工作提供实质性辅助。研究团队还在积极探索更高的检测精度和更细致的量化分析技术。

  新冠肺炎AI系统具有三大重要功能:快速筛查及预警提示、数字化精准辅助诊断与病程监控、区域疫情实时监控。截止到目前,该系统已在国内包括疫区在内的40家医院应用部署,数据累积8.1万份,为进一步提升系统性能奠定了基础。

快速检测 助力疫情防控提效增速

南开大学联合国内多家单位研发的新型冠状病毒诊断试剂盒

  病毒检测是新冠肺炎疫情防控的关键一环。病毒检测速度的快慢,直接影响着隔离、诊断、救治等一系列工作的效率。药物化学生物学国家重点实验室主任陈佺教授积极组织协调,庞代文、丁丹、张立云等教授领衔的团队从不同角度研发病毒检测试剂产品。

  生命科学学院丁丹教授团队牵头,联合南方医科大学南方医院郑磊教授团队、华南理工大学唐本忠院士团队、深圳金准生物医学工程有限公司开展联合攻关,成功研制出新冠病毒IgM/IgG抗体联合检测试剂盒,并已实现量产。该产品利用已完全掌握并实现转化的高性能荧光材料—“聚集诱导发光”点(AIE dots)/量子点作为信号输出的荧光免疫层析试纸条,可在15分钟内完成血浆标本的抗体检测,且灵敏度较传统胶体金试纸条高20-100倍以上。初步临床数据表明,该产品在158例确诊新冠肺炎患者血液中成功检出抗体阳性143例(90.5%),其中IgM阳性101例(63.9%),IgG阳性138例(87.3%),在151例健康对照及非新冠肺炎疾病中特异性为98.7%。

用于制作试剂盒的量子点探针

  化学学院庞代文教授、刘定斌教授分别发展了基于量子点和胶体金生长的试纸条技术,用于新冠病毒抗原(N蛋白、S蛋白)、抗体(IgM、IgG)的可视化快速检测。目前完成了磁性量子点探针(三层量子点)的构建,在试纸条上对抗原的检测限可达100ng/mL;研制出了胶体金原位生长的试纸条检测技术。检测灵敏度比常规胶体金法提高100倍;其对N蛋白检测限可到100ng/mL;对S蛋白检测灵敏度可达10ng/mL;针对抗原和抗体的两个检测方法目前正在湖北省疾控中心做临床样品测试。

DNA核酸适配体与新冠病毒核衣壳蛋白形成夹心复合物

  药物化学生物学国家重点实验室张立云教授团队致力于研发特异性识别和结合新冠病毒核衣壳蛋白(N-蛋白)的核酸适配体。核衣壳蛋白是新冠病毒中含量最丰富的蛋白,检测体液中N蛋白含量,有望将感染检测的窗口期进一步提前。有利于早发现、早隔离、早治疗。核酸适配体功能类似抗体,可以为当前疫情中新冠病毒检测提供特异的分子工具。目前,团队已经获得新冠病毒N-蛋白的DNA核酸适配体(Kd<10 nM),这些核酸适配体可以与N蛋白形成夹心结合,有利于开发出多种快速的检测产品。该团队与丁丹教授团队合作,开发基于适配体的新冠病毒检测试纸条也有了初步结果,下一步将推出快速检测产品,为新冠病毒检测提供一种不同于现有核酸检测方法和抗体检测方法的新策略。为将这项研究成果尽快应用于疫情防控,团队为80多个实验室寄送免费样品,用于测试和试剂盒开发。相关成果已申请国家专利,研究团队承诺该技术免费授权给各单位用于新冠病毒的疫情防控。

药物研发 高效有序稳步推进

活性中药分子缓解病毒致肺部炎症和肺纤维化示意图

  新冠肺炎疫情中,引发患者重症的主要原因是“炎症风暴”,且患者预后过程中面临继发性肺纤维化的风险。南开大学药学院杨诚教授与生命科学学院宁文教授通过模拟新冠肺炎导致的肺损伤和肺纤维化动物模型,正在对抗病毒药物和中药单体进行筛选,目前已验证获得活性分子5种。同时,该课题组正在参与天津市科技局“新型冠状病毒感染应急防治”科技重大专项的研发。

  药物化学生物学国家重点实验室张宏恺教授和药学院郭宇副教授课题组致力于应用微流控技术从康复者体内分离新冠病毒中和性抗体。通过构建真核细胞表达体系,重组表达获得了新冠病毒的表面刺突蛋白及其入侵受体,目前正在通过多种技术手段,研发对病毒入侵具有中和作用的人源抗体,该研究成果有望用于新冠肺炎患者的免疫治疗,也将有助于预防性疫苗的研发。

药物研发专家系统助力发现潜在抗新冠病毒中药草本

  药学院林建平教授课题组在1个月内利用发展的药物筛选专家系统,针对新冠病毒靶点rdrp、spike、3clpro、plpro对超过100个草本约5000个单体分子进行虚拟筛选。确定可能靶向rdrp草本数47个、spike蛋白草本数66个、3clpro蛋白74个、plpro54个。目前合作方天津中医药大学正进行实验验证。针对新冠病毒药物设计的这个专家系统,优势是可以远程操作(降低风险),快速有效为后续实验提供基础、节省成本。

靶向新冠病毒抑制剂的细胞活性结果

  药学院尚鲁庆副教授课题组将新冠病毒的关键蛋白质3CL蛋白酶,与SARS-CoV、MERS-CoV 的3CL蛋白酶晶体结构进行了结构叠合和序列对比(PDB: 6LU7,6LNQ,4RSP),发现三个蛋白酶的立体结构基本吻合,新冠病毒和SARS-CoV的3CL蛋白酶的序列重合度超过90%。针对新冠病毒的3CL蛋白酶,尚鲁庆课题组发展了一系列拟肽类新冠病毒的3CL蛋白酶靶向抑制剂,正在开展细胞水平的抗病毒活性评价工作。

大众科普 答疑释惑缓解焦虑

  疫情发生后,药学院郭宇副教授第一时间撰写了《从病毒学的视角聊聊2019新型冠状病毒》等多篇面向大众的科普文章,从新冠病毒的病毒学基础知识、血浆疗法、动物模型及结构生物学方面的研究进展等进行了介绍,相关科普文章被多个高校和科普媒体转发。此外,他还接受市科协和天津广播电视台的邀约,参与制作了多期特别节目,向市民介绍疫情防控的科学知识。

  生命科学学院张晓东教授于2月3日,经天津市科协推荐,接受了天津广播电台“我们爱科学”节目的电话采访,利用专业知识,主要围绕RNA、粪口传播、免疫力、病毒毒力比较、和复工注意事项等市民关心的问题为公众解读新冠肺炎相关知识。

  在2月8日举行的上海市疫情防控工作领导小组新闻发布会后,气溶胶传播成为人们关注的话题,不再是纯学术领域研究的名词。物理科学学院张连众教授立即加入到全国气溶胶研究热点组开展学术研究,参与中科院应急项目“气溶胶在新冠病毒传播中的作用”研究。同时,受全国气溶胶学会主任委派,在《科技日报》《中国科学报》等媒体进行科普。

  物理科学学院潘雷霆教授在申报新冠肺炎相关科研项目的同时,积极开展科普教育宣传,在南开大学微信公众号以三期连载的方式,发表了万字科普文章——新冠肺炎的发生与治疗,详细解读了新冠病毒自身特性、侵入人体机制及目前临床展开的各种疗法。最近,潘雷霆教授接受了中国科协的采访,进一步解读了为什么康复者血浆能治疗新冠肺炎,相关内容被媒体刊登,湖北省人民政府网站转载。

  此外,人工智能学院段峰教授在制造防疫服务机器人、生命科学学院张晓东教授在研发抗病毒口罩、洪章勇教授在研发新冠病毒疫苗等方面的科研工作也在快速推进之中。

  南开大学科技工作者正用实际行动,展现责任担当,努力将科研成果应用到疫情防控第一线,在打赢疫情防控阻击战中贡献南开力量。

编辑:聂际慈

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