中医智能装备研究进展与思考

中医智能装备是促进中医药传承创新发展和加快推进中医药现代化产业化的重要研究领域。大数据和人工智能等新技术正在赋能中医装备现代化进程大幅提速。本文对智能化中医诊疗装备、中药装备的新技术、新成果进行了研究,并重点对中医智能装备的发展趋势和面临问题进行思考和探讨。中医智能装备已经呈现出科学化、精准化、智能化特征,尽管仍存在标准化、体系化和应用方面的一些问题,但其在构筑人民健康保障体系、助力实现健康中国进程中的独特优势和重要价值已经初步显现。

基因芯片技术在非综合征性耳聋快速基因诊断中的应用研究

目的应用耳聋基因芯片对非综合征性感音神经性耳聋患者进行分子病因学研究,评估其在快速耳聋基因诊断中的可行性。方法采集158名来自北京第三聋哑学校的非综合征性耳聋学生的外周血,提取基因组DNA,用耳聋基因芯片检测四个国人中常见的耳聋相关基因中的9个热点突变,包括GJB2(35delG,176del16bp,235delC及299_300delAT),GJB3(538C>T及547G>A),SLC26A4(IVS7-2A>G、2168A>G)和线粒体DNA 12S rRNA(A1555G)。同时,应用酶切法或直接测序法分别对线粒体12SrRNA A1555G突变,以及GJB2、SLC26A4基因编码区序列进行检测,以验证基因芯片结果的准确性。结果在158名耳聋患者中,基因芯片方法共检出67例携带致聋突变(42.41%)。其中,线粒体DNA 12S rRNA A1555G突变5例(3.16%);GJB2基因突变39例(24.68%),包括235delC纯合突变24例,235delC和299_300delAT复合杂合突变7例,235delC单杂合突变5例,299_300delAT单杂合突变2例,35delG单杂合突变1例;SLC26A4基因突变22例(13.92%),包括IVS7-2A>G纯合突变5例,IVS7-2A>G和2168A>G复合杂合突变5例,IVS7-2A>G单杂合突变11例,2168A>G单杂合1例;另外还有1例患者检出299_300delAT和IVS7-2A>G双杂合突变。未检出GJB3基因突变。除两例纯合235delC被判读为杂合外,基因芯片的结果同酶切及测序方法结果一致,后者的阳性患者检出率为70例(44.3%),与芯片检测结果相比无统计学差异(P=0.250)。经探针优化后,上述两例误判的235delC样品的芯片检测结果均与测序方法一致,同时经测序证实的其他22例235delC纯合突变样品验证,基因芯片的结果均与测序结果一致。结论针对国人常见耳聋相关基因热点突变设计的耳聋基因芯片对非综合征性重度和极重度耳聋患者的突变检出率高(42.41%)。与传统方法相比,它具有快速、高通量、高准确性、低成本等特点,能够满足临床耳聋基因检测的要求;且其操作简单,易于标准化,适于推广,显示出广阔的临床应用前景。

中国分子诊断产业战略研究

分子诊断是个体化医学的重要组成部分,已成为体外诊断行业的主要增长动力。近年来,尽管我国的分子诊断市场规模较小,但增长迅速。本研究通过文献研究、专家研讨、实地考察等方式,对我国的分子诊断行业进行市场分析,研究我国分子诊断行业的现状及特点,理清该产业在创新、产业转化及相关政策法规上面临的机遇和挑战,提出克服现有管理体制制约的对策建议,对推动产业健康发展具有重要的意义。

医疗器械与新型穿戴式医疗设备的发展战略研究

医疗器械领域涉及国计民生,发展潜力巨大,但我国医疗器械产业中低端产品较多,高端产品缺乏原创性,发展面临重重困难和挑战。作为快速增长的新兴技术领域,发展新型穿戴式医疗设备具有重要意义。为此,中国工程院启动了"我国全民健康与医药卫生事业发展战略研究"重大咨询项目,其中"医疗器械与新型穿戴式医疗设备的发展战略研究"作为八个重点课题之一,围绕医疗器械与新型穿戴式医疗设备的发展现状和战略需求,研究我国医疗器械产业与新型穿戴式医疗设备领域的现状及特点,分析我国医疗器械国产化与新型穿戴式医疗设备领域健康发展的关键问题,研究该领域的相关政策,理清我国医疗器械发展过程中的重点问题、需求、已有优势和特点,并在此基础上提出了对策建议。

铁皮石斛多糖对人脐静脉内皮细胞基因表达谱的影响研究

目的:探讨铁皮石斛多糖对人脐静脉内皮细胞(HUVEC)基因表达谱的影响。方法:以HUVEC为对象,采用MTS法检测不同剂量铁皮石斛多糖(50、100、200、400、800μg/mL)对HUVEC细胞增殖活性的影响,并计算30%细胞生长抑制浓度(IC30)以筛选后续试验剂量;采用基因表达谱芯片技术检测铁皮石斛多糖作用24 h后HUVEC细胞基因表达谱的变化情况,筛选差异表达基因;利用DAVID生物信息学资源数据库对差异表达前5位的基因进行GO富集分析和KEGG通路富集分析;以免疫相关差异表达基因为对象,采用实时荧光定量聚合酶链反应法(qRT-PCR)对芯片检测结果进行验证。结果:经100、200、400、800μg/mL铁皮石斛多糖作用后,HUVEC细胞的存活率均显著降低(P<0.05或P<0.01);IC30值为408μg/mL。经400μg/mL(据IC30值确定)铁皮石斛多糖作用后,HUVEC细胞中共有差异表达基因91个,其中表达上调的有84个、表达下调的有7个。上、下调表达差异前5位的基因分别为SELE、CCL2、CXCL6、IL8、ICAM1以及VWCE、CPT1A、CLU、CCL14、CINS4,主要与免疫调节、炎症反应等有关。HUVEC细胞中的差异表达基因主要分布于胞外区域,富集于细胞因子的产生及反应、刺激反应等生物学过程,发挥趋化因子及其受体活性等分子功能;其中上调表达基因SELE、ICAM1、CXCL2等主要富集于肿瘤坏死因子(TNF)信号通路、甲型H1N1流感、单纯疱疹病毒感染等通路,下调表达基因CCL14主要富集于趋化因子信号通路。qRT-PCR验证结果显示,ICAM1基因的相对表达量显著升高,CCL14基因的相对表达量显著降低(P<0.05),与芯片检测结果一致。结论:经铁皮石斛多糖处理后,HUVEC细胞共有91个基因表达差异明显,且以表达上调为主。表达差异基因可能通过TNF信号通路、甲型H1N1流感、单纯疱疹病毒感染等通路参与机体免疫调节。

基于人工智能技术的治疗非重症新型冠状病毒感染中药方剂研发及其作用机制研究

目的 研发治疗非重症新型冠状病毒感染(COVID-19)的中药方剂并验证其抗炎作用机制。方法基于COVID-19患者支气管肺泡灌洗液中巨噬细胞的表达谱和新型冠状病毒(SARS-CoV-2)体外感染的肺上皮细胞表达谱分别确定了COVID-19在这两类细胞中失调的信号通路。通过文献收集临床治疗非重症COVID-19的中药方剂102首,基于特征信号通路评价102首方剂在肺上皮细胞和巨噬细胞中的通路逆转率,并根据中医理论确定“基础方”。通过临床常用方剂总结得到治疗非重症COVID-19的常用药,结合《中华人民共和国药典》中药筛选结果得到COVID-19中药方剂研发的“药物池”。通过靶向转录组获得每味药物对信号通路的调控作用,以逆转COVID-19失调的信号通路为目标展开计算,基于中药智能组方方法采用穷举法和平行运算进行组方得到若干个候选复方,参考中医专业经验最终得出治疗非重症COVID-19的守正创新方。采用RT-qPCR法检测该组方醇提物对脂多糖(LPS)处理的RAW264.7细胞中白细胞介素1b (IL1b)、C-X-C基序趋化因子配体2 (Cxcl2)、C-X-C基序趋化因子配体10 (Cxcl10)、C-C基序趋化因子配体2 (Ccl2)、一氧化氮合成酶2 (Nos2)和前列腺素内过氧化物合成酶2 (Ptgs2) mRNA的表达,对抗炎效果进行验证。结果在巨噬细胞和肺上皮细胞中,确定了COVID-19相关的各34条失调信号通路。基于失调信号通路和中药靶向转录组,对临床治疗非重症COVID-19的102首中药复方的功效进行评估,结果显示银翘散合平胃散在巨噬细胞及肺上皮细胞上的通路逆转率分别为91.18%和100%,效果最佳;且该复方具有疏风清热、解毒化湿的功效,符合COVID-19风热夹湿的病机,故选用银翘散合平胃散作为守正创新方研发的基础方。利用中药智能组方方法结合中医专业经验对银翘散合平胃散进行加减化裁,得到守正创新方翘蒡术皮饮。该方逆转了巨噬细胞和肺上皮细胞上COVID-19相关全部失调信号通路,逆转率均为100%。翘蒡术皮饮中的君药连翘、豨莶草和牛蒡子可下调多条与病毒感染、免疫及损伤增值相关的信号通路。RT-qPCR结果表明,与模型组比较,翘蒡术皮饮组下调了LPS诱导RAW264.7细胞中的IL1b、Tnf、Cxcl2、Cxcl10、Ccl2、Nos2和Ptgs2mRNA表达(P<0.05或P<0.01)。结论 基于靶向转录组、中医专业经验和人工智能研发得到治疗非重症COVID-19的翘蒡术皮饮,该方剂的乙醇提取物在细胞炎症模型上能够抑制多种促炎基因的表达。

微流控技术在生殖领域中的应用

微流控技术(microfluidics)是微全分析系统(micro total analysis system,μTAS)和芯片实验室(lab-on-a-chip)的重要支撑技术,其微量化和微尺度的优势得到人们越来越多的关注。辅助生殖技术(assisted reproductive technology,ART)是生殖医学的重要组成部分,已被广泛应用于生产实践中,但由于其低效性,人们在不断寻求新的技术手段。笔者综述了近年来微流控技术在生殖领域中的应用,包括精子筛选、体外受精和配子/胚胎培养等方面的内容,为辅助生殖技术提供了新的平台。

基于全基因组关联研究的中国人群肺癌风险预测模型

目的 联合使用遗传因素和吸烟信息构建中国汉族人群的肺癌风险预测模型.方法 基于中国汉族人群全基因组关联研究（GWAS）数据,根据样本地区来源将样本分为训练集（南京与上海：1 473名病例vs.1 962名对照）和测试集（北京与武汉：858名病例vs.1 115名对照）.系统整理已报道肺癌易感位点,在训练集中用逐步后退法筛选具有独立效应的位点,并通过加权法估算个体遗传得分用于建模.在训练集中分别构建基于吸烟信息、遗传得分和联合使用吸烟与遗传信息的3种风险预测模型（吸烟模型、遗传效应模型和联合模型）,并根据受试者工作特征（ROC）曲线、曲线下面积（AUC）、净分类指数（NRI）和整体鉴别指数（IDI）评价模型对肺癌风险预测的效能.对于构建的模型,进一步在测试集中进行验证.结果 在训练集中,联合模型、吸烟模型和遗传效应模型AUC分别为0.69（0.67 ～ 0.71）、0.65（0.63 ～ 0.66）和0.60（0.59 ～ 0.62）.在训练集和测试集中联合模型的风险预测效能高于吸烟模型或遗传模型,差异有统计学意义（P＜0.001）.重分类结果显示,联合模型与吸烟模型相比,在训练集中NRI增加4.57％ （2.23％ ～6.91％）,IDI增加3.11％（2.52％ ～ 3.69％）.在测试集中,NRI和IDI分别增加2.77％和3.16％.结论 遗传得分可以显著提高肺癌传统风险模型的预测效能.联合使用遗传因素和吸烟信息构建的中国汉族人群肺癌风险预测模型可用于筛选中国汉族人群中肺癌发病的高危人群.

基于靶向转录组、专家经验和人工智能研发守正创新中药的路径探索——以治疗慢性心力衰竭的中药新药研发为例

传统药物研发通常针对单一靶点,对多环节失调的复杂性疾病不能提供最优解决方案。近年基于高通量测序的药物筛选方法逐渐兴起,通过大规模检测药物对多基因和多通路的调控作用,有望突破传统药物研发的瓶颈,研发针对复杂性疾病的新药。中药具有多成分、多靶点、多途径的特点,在治疗复杂性疾病方面具有优势。以治疗慢性心力衰竭的中药新药研发为例,结合高通量靶向转录组筛选(HT3S)和中医药专家共识,探索一条全新的新药研发路径。在总结慢性心力衰竭(CHF)病理机制和中医病机认识的基础上,以温阳补气、活血化瘀、化痰利水的中医治法为指导,通过靶向转录组检测和信号通路富集分析,计算能逆转CHF患者失调信号通路的组方,并结合中医专家经验进行加减化裁,最终选定治疗CHF的中药复方黑黄赤珠饮,研究证明其能逆转90%以上CHF失调的相关信号通路,为中药新药的研发开辟了新路径。

遗传风险评分的原理与方法

遗传风险评分用于评价遗传易感因素在风险预测模型中的效果.常用的遗传风险评分方法主要有5种：简单相加遗传风险评分,以OR值作为权重的遗传风险评分,直接基于logistic回归的遗传风险评分,多基因遗传风险评分,可释方差遗传风险评分.本文介绍这几种方法的计算模型、适用条件、优势及局限性.随着更多易感位点的引入,模型复杂性也随之增大,一些新方法已经开发出来以解决这一难题,但是其应用效果有待后续研究评估.

最早的中药辅料炮制品:西汉海昏侯墓出土的木质漆盒内样品鉴定与分析

中药炮制技艺是国家级非物质文化遗产,体现了中医用药特点.有关炮制药物的文字记载最早可追溯到《黄帝内经》,但是古代对炮制工艺的记载文字简短,使复原传统技艺、实现"遵古炮制"存在一定困难.因此古代炮制药物的考古发现将为中药炮制的起源研究提供有力的实证.西汉海昏侯墓园主墓(M1)中出土了由木质漆盒盛装的样品,通过核磁及三维重建、显微分析,发现该样品是由外部辅料层和内部植物层构成.结合显微特征、质谱分析,推测该样品中为玄参科地黄属Rehmannia植物的根,且可能经过了热水等处理.《神农本草经》记载地黄具有"主折跌,绝筋,伤中.逐血痹,填骨髓,长肌肉"等功效,这与古代文史资料记载墓主生前患有严重的风湿病相符.样品的辅料层内含有淀粉粒与蔗糖,这可能与炮制"矫味矫臭、利于服用"的作用有关. M1木质漆盒内遗存样品是迄今报道的我国古代最早的中药辅料炮制品,其发现和鉴定为深入了解我国古代药物炮制与应用历史奠定了基础.