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首页>科学看点>2024年世界十大科技进展新闻
2024年世界十大科技进展新闻
发布时间:2025-01-23   
   来源:中国科学报   作者:
点击数量:207次

1 科学家首次3D打印出功能性人类脑组织

美国威斯康星大学麦迪逊分校的科学家首次3D打印出功能性人类脑组织,它可以像传统脑组织一样正常生长并发挥作用。相关研究成果2月1日发表于《细胞-干细胞》。

研究人员采用水平叠层方案,将从诱导多能干细胞中培养出来的脑细胞置于柔软的“生物墨水”凝胶中,最终培育出神经元。打印的细胞通过介质在每个打印层内部和层之间产生连接,形成与人类大脑相当的网络。

这种3D打印技术不需要特殊的生物打印设备或培养方法来保持组织健康。科学家认为,这一突破对研究大脑,以及治疗多种神经和神经发育疾病具有重要意义。

研究流程示意图。

2 谷歌新量子芯片跨越精度里程碑

美国谷歌公司开发的一款量子芯片Willow,首次实现“低于阈值”量子计算,这是寻求制造足够精确且实用量子计算机的一个重要里程碑。相关研究成果12月9日发表于《自然》。

过去几年,多家公司和学术团体证明,纠错可以略微提高准确性。2023年初,谷歌发布一项研究成果,在Sycamore量子处理器中使用了49个量子比特,并在超导电路中对每个物理量子比特进行了编码。

Willow是该技术的改进版本,其规模更大,拥有105个物理量子比特。Willow功能强大,5分钟内就能完成全球最大超级计算机预计需1025年才能完成的随机电路采样任务。

谷歌新量子芯片。

3 欧几里得空间望远镜公布首批科学成果,包括首张“宇宙地图”照片

5月23日,欧洲空间局公布了2023年7月发射升空的欧几里得空间望远镜首批科学成果。其中一组科学图像清晰展现了闪闪发光的星系团、附近的螺旋星系,以及孕育着数十万颗年轻恒星的彩色星际气体云。

此外,空间望远镜拍摄的一组拼接图像捕捉到1400多万个星系,首次展示了“宇宙地图”,增进了人们对暗物质和暗能量在宇宙结构中所起作用的理解。这幅巨图由260幅图像拼接而成,这是欧几里得空间望远镜绘制的迄今最大、最精确的宇宙地图的第一次展示。

接下来6年里,欧几里得空间望远镜将自动扫描大约1/3的夜空。

欧几里得空间望远镜公布首批科学成果。

4 科学家绘制迄今最大脑基因调控网络图谱

5月24日,研究人员在《科学》《科学进展》《科学报告》发表15篇论文,宣称绘制出迄今最大、最先进的大脑基因调控网络多维图谱,详细描述了协调大脑生物通路和细胞功能的许多调节元件。

这些论文探索了人类大脑多个皮层和皮层下区域。这些大脑区域在一系列重要功能中起到了关键作用,包括决策、记忆、学习、情感、奖励处理和运动控制。

这项研究由美国国立卫生研究院资助,使用2500多名捐赠者死亡后的脑组织,绘制了大脑发育不同阶段和与多种大脑疾病相关基因调控网络。

科学家绘制迄今最大脑基因调控网络图谱。

5 超精确癌细胞3D图谱问世

10月30日,在发表于《自然》的12篇论文中,人类肿瘤图谱网络(HTAN)的研究人员通过分析人类和动物组织的数十万个细胞,绘制出超精确肿瘤细胞3D图谱,同时创建了能追踪导致癌症的细胞变化的“分子钟”。

科学家分析了6种癌症131个样本中的细胞组织,并使用“分子钟”追踪正常细胞如何在肠道中失控并增殖。他们记录了每个细胞变化和分裂的时间轴。科学家将这种方法应用于418个人类结肠息肉,发现高达30%的息肉起源于几种细胞类型。这些发现推翻了结肠癌起源于肠道内壁单个流氓细胞的观点,并为早期诊断和干预提供更多机会。

 

超精确癌细胞3D图谱问世。

6 首个双语读脑装置让失语者重新“开口”

5月20日,美国加利福尼亚大学旧金山分校的研究人员在《自然-生物医学工程》发表的一项研究称,与大脑植入物耦合的人工智能(AI)系统首次帮助一个无法正常说话的人用两种语言进行交流。

参与者Pancho的母语是西班牙语,他在20岁中风后学会了英语。研究团队开发了一个AI系统,针对Pancho说出的短语,根据第一个单词区分英语和西班牙语的准确率为88%,而解码正确句子的准确率为75%。

此外,研究人员发现,有关西班牙语和英语的许多大脑活动来自同一区域。这项研究为无法口头交流的人恢复多语言能力带来了希望。

双语读脑装置研究示意图。

7 美“星舰”第五次试飞 “筷子”成功回收助推器

10月13日,美国太空探索技术公司新一代重型运载火箭“星舰”实施第五次试飞。此次,火箭助推器在降落时由发射塔上被称作“筷子”的机械臂“夹住”,首次实现在半空中捕获回收,飞船最终溅落在印度洋。

“星舰”火箭总长约120米,直径约9米,由两部分组成,第一级是长约70米的“超级重型”助推器,第二级是“星舰”飞船,两级均可重复使用。该火箭的设计目标是将人和货物送至地球轨道、月球乃至火星。

第五次试飞使用机械臂捕获助推器的方式,有助于更快回收、重复使用助推器,提高“星舰”发射频率。

“筷子”成功回收助推器。

8 世界首例干细胞治疗恢复人类视力

日本大阪大学的研究团队实现世界首例诱导多能干细胞(iPSC)角膜移植手术。在接受手术的4名视力严重受损患者中, 3名在接受干细胞移植后,视力得到了持续一年多的显著改善。相关研究成果11月7日发表于《柳叶刀》。

研究人员从健康的供体中提取血细胞,并重新编程为胚胎样状态,然后将其转化为一层薄而透明的鹅卵石状角膜上皮细胞。该团队刮掉覆盖在患者一只眼睛受损角膜上的疤痕组织层,然后缝合来自供体的上皮细胞,并在上面放置一个柔软的保护性隐形眼镜。研究人员计划2025年3月启动临床试验,以进一步评估这种方法的疗效。

角膜位于眼睛的最外层。

9 全球首例人类接受经基因编辑的猪肾脏移植完成

3月16日,美国马萨诸塞州总医院的外科团队完成全球首例人类接受经基因编辑的猪肾脏移植手术。接受猪肾移植的是一位62岁终末期肾衰竭患者。该移植手术获得了美国食品药品监督管理局的“同情使用”许可。

移植的肾脏取自一头小型猪,这头猪经过了基因组编辑, 69个动物基因被修改。这些编辑的基因组旨在防止捐赠器官的排斥反应,并降低器官中病毒感染接受者的风险。

全球首例人类接受经基因编辑的猪肾脏移植手术的初步成功,让研究人员燃起了对猪器官进行更大规模临床试验的希望。这样的试验可能会将“异种移植”带入临床。

首例人类接受经基因编辑的猪肾脏移植手术完成。

10 长效HIV预防针剂试验成功

6月20日,美国生物制药公司吉利德公布,其研发的一年注射两次的HIV-1衣壳抑制剂“Lenacapavir”(来那卡帕韦),在预防艾滋病毒(HIV)方面显示出100%的有效性。

《科学》认为,该药物的成功源于基础研究的重大突破,即对其所靶向的HIV衣壳蛋白的结构与功能有了全新的深入理解。鉴于许多病毒也拥有各自的衣壳蛋白,来那卡帕韦的成功应用,意味着类似的衣壳抑制剂有望对抗其他病毒性疾病。

预计监管部门最早到2025年中期才会批准来那卡帕韦,其价格尚未公布,因此能否加速终结艾滋病的流行尚未可知。

 

长效HIV预防针剂试验成功。





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