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病毒的快速、靈敏檢測可以縮短疑似病例數(shù)量和病人隔離期，更短時間內(nèi)篩查更多疑似病例，具有重要臨床和公共衛(wèi)生價值。核酸檢測試劑盒檢測耗時長、病毒RNA容易降解、難以檢測小于100bp病毒片段，導(dǎo)致目前新冠病毒檢測假陰性案例很多。深圳國際研究生院助理教授秦培武團隊將通過CRISPR反應(yīng)、高靈敏光譜、單分子成像解決當前新冠檢測面臨的難題。 在以往工作的基礎(chǔ)上，秦培武與羅徹斯特理工杜可教授合作開發(fā)基于Cas12a反應(yīng)的DNA病毒檢測方法，不擴增的條件下可以檢測皮摩爾濃度非洲豬瘟病毒，成果已經(jīng)被Biosensors and Bioelectronics接收。 針對新型冠狀病毒檢測，靈敏度、速度、高通量將是檢測裝置的主要設(shè)計指標。為此將整合光學(xué)靈敏度最高的單分子成像與信號放大最好的CRISPR酶反應(yīng)，達到高靈敏、高通量、高特異新冠病毒檢測，將CRISPR反應(yīng)體系封裝到載玻片作為檢測試劑盒使用，加入病毒后產(chǎn)生的熒光信號可通過單分子顯微鏡采集。多個檢測位點可以累計提高信噪比，crRNA陣列覆蓋新冠病毒所有保守區(qū)將最大限度檢測病毒提供的天然檢測靶點。 本項目還將開發(fā)病毒檢測試紙，將CRISPR反應(yīng)系統(tǒng)溶解風(fēng)干到試紙上。新冠病人咽拭子樣品經(jīng)核酸提取后先用試劑檢測，信號可以目測或者利用高靈敏光譜檢測，如果是陰性再進行試劑盒單分子檢測，實現(xiàn)二級精準新冠病毒核酸檢測。

“現(xiàn)階段醫(yī)生需要在大量影像數(shù)據(jù)中快速診斷出新冠肺炎的病例，此外還需要診斷出病灶分布的位置、大小等來評估嚴重程度。”薛向陽介紹，針對臨床的現(xiàn)實需求，團隊將設(shè)計目標定位于“肺炎分類鑒別”和“關(guān)鍵病灶檢測”兩大功能，前者是為區(qū)別健康狀態(tài)、新冠肺炎、其他病毒性肺炎、細菌性肺炎，后者則為找到并分隔出磨玻璃影等病灶區(qū)域。針對這些需求，團隊設(shè)計診斷算法模型，讓機器利用模型進行訓(xùn)練，學(xué)習(xí)不同類型肺炎在CT影像表現(xiàn)上的不同特征，最終具備智能輔助診斷的能力。而這需要突破小樣本學(xué)習(xí)、小目標檢測等多個技術(shù)難題。“小樣本學(xué)習(xí)”即在較少訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本的條件下進行機器學(xué)習(xí)。在疫情發(fā)生前期，能夠獲取的新冠肺炎影像數(shù)據(jù)相對較少，且由于一線影像醫(yī)生任務(wù)繁重，無法獲得大量專家標注，因此需要算法在少量樣本的條件下“自學(xué)成才”。為此，團隊采用基于自遷移學(xué)習(xí)的半監(jiān)督學(xué)習(xí)等技巧，使算法具備一定的“小樣本學(xué)習(xí)”能力，在不增加醫(yī)生標注工作量的情況下較好地提高了算法模型的普適性。由于CT影像切片中的病灶區(qū)域有大有小，且往往大中小病灶區(qū)域面積懸殊，如何使算法能同時檢測大、中、小各個目標是另一大難題。團隊利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的層次性特點與病灶區(qū)域的大小進行對應(yīng)，“網(wǎng)絡(luò)的底層關(guān)注細節(jié)，即小病灶區(qū)域，而網(wǎng)絡(luò)中層到高層所關(guān)注的病灶區(qū)域則越來越大，因此模型通過不同層次的加權(quán)和融合，最終便能達到同時檢測大小病灶區(qū)域的目標。”薛向陽解釋道。“不過，即便有診斷‘神器’，影像科醫(yī)生也是不可替代的。”薛向陽說，人是復(fù)雜的機體，病毒在不同人體內(nèi)感染的反映也不一定相同。”他表示，當遇到機器未曾學(xué)習(xí)過的微小病變或疑難病例時，仍需要影像醫(yī)生的經(jīng)驗和智慧。以解決實際問題為目標，該項目在研究過程中始終與臨床應(yīng)用緊密結(jié)合。無論是機器學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，還是測試評估數(shù)據(jù)，都來源于臨床真實病例。在算法模型定型過程中，為了檢驗?zāi)Ｐ偷臏蚀_率和泛化性，團隊也利用現(xiàn)實疑似病例進行了測試。

天津大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院黃金海教授和葉升教授團隊瞄準臨床實踐所需，制定了病毒、抗體快速診斷以及生物防治制劑的研發(fā)方案。團隊迅速制備獲得新型冠狀病毒高純度蛋白，并與北京華科泰生物技術(shù)股份有限公司聯(lián)合完成免疫熒光層析試紙條檢測病毒抗原靈敏性、交叉性等實驗，成功研發(fā)出新型冠狀病毒抗原熒光免疫層析快速檢測試劑盒。 與目前臨床使用的檢測試劑盒相比，新型試劑盒最大的優(yōu)勢是“快”，可在15分鐘內(nèi)檢測出是否為新型冠狀病毒，極大地縮短了檢測時間；同時該試劑盒具有高靈敏度，病毒蛋白檢測達到pg級，為病毒感染的早期篩查提供了簡便靈敏的手段。實驗結(jié)果顯示，新型試劑盒檢測限、靈敏度、線性系數(shù)等性能指標均滿足對病毒抗原檢測的有效性要求。

該方法有望突破現(xiàn)有核酸檢測方法對人員/場所的限制，縮短檢測用時，提高便捷程度，推動診斷前移下移，實現(xiàn)疑似患者的快速診斷和密切接觸人群的現(xiàn)場篩查。 南開大學(xué)重點實驗室主任陳佺教授、龐代文教授組織了一支包括化學(xué)學(xué)院、生命科學(xué)學(xué)院、細胞應(yīng)答交叉科學(xué)中心相關(guān)專家在內(nèi)的聯(lián)合攻關(guān)團隊。他們分別采用聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）、量子點、膠體金等技術(shù)，突擊開展新型冠狀病毒快速診斷技術(shù)及其試劑盒的研發(fā)，成功研發(fā)出新型冠狀病毒快速檢測新技術(shù)。

復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院呼吸科是我國無創(chuàng)通氣的先行者，在無創(chuàng)通氣治療重癥肺炎和急性呼吸窘迫綜合征等危重型急性呼吸衰竭中積累了豐富的經(jīng)驗，由時任呼吸科主任鈕善福教授帶領(lǐng)團隊一起研發(fā)了適應(yīng)中國人臉型的第一款面罩——“鈕式面罩”。

2020年2月14日，由廈門大學(xué)、深圳市第三人民醫(yī)院和養(yǎng)生堂旗下北京萬泰生物藥業(yè)股份有限公司共同研發(fā)的新冠病毒抗體檢測試劑盒（雙抗原夾心酶聯(lián)免疫法）經(jīng)臨床驗證，173名新冠肺炎確診患者中93.1%抗體檢測陽性，而33名健康人中無一陽性，顯示出良好的敏感性和特異性。這是首個經(jīng)大樣本臨床驗證的新冠病毒總抗體檢測試劑。該試劑能同時檢出包括IgM和IgG在內(nèi)的全部新冠特異性抗體，具有更高的靈敏度，所采用的雙抗原夾心法能夠更好地保障特異性。抗體檢測試劑的另一大突出優(yōu)點是檢測速度快，兩名檢測人員12小時即可完成1500份標本的檢出。由于新冠病毒是首次入侵人類社會，幾乎所有尚未被感染的人的血液中都沒有抗體，只要患者的抗體檢測陽性即可判斷其為新冠病毒的感染者。因此，該總抗體檢測試劑的臨床應(yīng)用，可明顯改善當前新冠疫情防控工作中疑似患者核酸檢測速度慢、采樣復(fù)雜、敏感性不高、需要高等級生物安全措施等。

浙江工業(yè)大學(xué)張文教授團隊正攻關(guān)浙江省科技廳關(guān)于2019-nCoV應(yīng)急科研項目，與浙江省疾病預(yù)防控制中心合作，幫助解決目前針對新冠肺炎無特效藥的臨床問題。張文教授團隊自2014年H7N9禽流感疫情發(fā)生以來，就開始研究流感和冠狀病毒致病機制，以及針對病毒的靶向藥物開發(fā)。 張文團隊早在2014年開始，就陸續(xù)開展針對SARS-CoV、MERS-CoV、塞卡、埃博拉（CoV）冠狀病毒，以及H7N9甲型流感病毒、某些H1N1亞型甲型流感病毒的抗病毒藥物研發(fā)。他們發(fā)現(xiàn)，在這些病毒入侵的宿主細胞，有種絲氨酸蛋白酶TMPRSS2（Ⅱ型跨膜絲氨酸蛋白酶（TTSP）），它可能就是我們要找的“魔術(shù)剪刀”，換個角度來說，也就是一個極佳的抗病毒藥物靶點。2017年，張文團隊在公開發(fā)表的文獻（Biochimie, 2017, 142, 1-10）中，對冠狀病毒侵入宿主細胞進行病毒復(fù)制的過程進行了詳細闡述。 SARS-CoV冠狀病毒進入宿主細胞可能通過的兩個途徑：途徑1，冠狀病毒與宿主細胞受體（對2019-nCoV的受體是血管緊張素轉(zhuǎn)化酶II，ACE2）結(jié)合，以內(nèi)吞的形式進入宿主細胞，形成胞內(nèi)體，在這過程中刺突蛋白被組織蛋白酶活化。由于胞內(nèi)體pH值下降致使病毒包膜與胞體內(nèi)膜的融合，并將病毒遺傳基因RNA釋放到胞漿中，然后進行RNA轉(zhuǎn)錄、復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。新的病毒RNA被轉(zhuǎn)運至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體中間部位組裝的地方。在這里由宿主細胞合成的無活性的刺突糖蛋白（spike protein）必須由絲氨酸蛋白酶TMPRSS2剪切為有活性的片段，包裝在病毒上。然后，RNA和結(jié)構(gòu)蛋白組裝并發(fā)芽成囊泡；囊泡被轉(zhuǎn)運到細胞表面并在TMPRSS2幫助下釋放。途徑2，刺突糖蛋白（spike protein）可以在細胞表面在TMPRSS2幫助下被激活，導(dǎo)致病毒膜與宿主細胞質(zhì)膜融合。TMPRSS2在高爾基體或質(zhì)膜上，無論是在病毒組裝過程中還是在附著和釋放過程中，都發(fā)生了對刺突糖蛋白的剪切，這也確保了新病毒的活性。TMPRSS2激活SARS-CoV會干擾干擾素誘導(dǎo)的跨膜蛋白（IFITMs）對SARS-CoVS的抑制作用，IFITMs是一類干擾素誘導(dǎo)的宿主細胞蛋白，可抑制幾種包膜病毒進入。 所獲得的證據(jù)表明，TMPRSS2在SARS-CoV感染中發(fā)揮著重要作用。團隊前期研究發(fā)現(xiàn)TMPRSS2基因組里有一段序列能特異性地與團隊優(yōu)選的合成小分子先導(dǎo)化合物作用，下調(diào)TMPRSS2基因表達，從而在宿主細胞中能抑制病毒復(fù)制、增殖。圖2為團隊篩選的部分小分子化合物。團隊正加快新冠肺炎防治藥物科研攻關(guān)的研究進程，爭取在2020年3月-12月在新結(jié)構(gòu)分子和老藥篩選方面有階段性實質(zhì)成果，為疫情防控阻擊戰(zhàn)貢獻工大力量。

2月21日凌晨，西湖大學(xué)周強研究團隊在論文預(yù)印本網(wǎng)站BioRxiv再次發(fā)文，報道新冠病毒表面S蛋白受體結(jié)合結(jié)構(gòu)域與細胞表面受體ACE2全長蛋白（以下簡稱ACE2）的復(fù)合物冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，揭開了新冠病毒入侵人體細胞的神秘面紗。研究發(fā)現(xiàn)，新冠病毒感染人體細胞的關(guān)鍵在于冠狀病毒的S蛋白與人體ACE2的結(jié)合。準確地說，是S蛋白“劫持”了原本是控制血壓的ACE2，通過與它的結(jié)合入侵人體。一個人體細胞的蛋白，怎么會與病毒發(fā)生聯(lián)系？西湖大學(xué)特聘研究員陶亮用了一個形象的比喻：“如果把人體想象成一間房屋，把新冠病毒想象成強盜，那么，ACE2就是這間房屋的‘門把手’；S蛋白抓住了它，病毒從而長驅(qū)直入闖進人體細胞。”雖然S蛋白和ACE2是敵我雙方接觸的最前線，但在此次疫情暴發(fā)前，科學(xué)家們從未看清ACE2的全貌及ACE2與新冠病毒S蛋白的相互作用。兩天前，周強實驗室在世界范圍內(nèi)率先報道了ACE2的高分辨三維空間結(jié)構(gòu)，這一次，他們進一步解析出ACE2與新冠病毒S蛋白受體結(jié)合結(jié)構(gòu)域的復(fù)合物結(jié)構(gòu)。

近日，南科大“人流大數(shù)據(jù)和AI驅(qū)動的新型冠狀病毒（COVID-19）傳播建模預(yù)測和模擬推演平臺”內(nèi)測版本正式推出（下簡稱“推演平臺”）。該平臺可實現(xiàn)在城市尺度上，基于人流移動的新型冠狀病毒傳播感染情況的細粒度預(yù)測和模擬，為有關(guān)部門制定不同的隔離和公共防疫政策（如封閉特定城市區(qū)域或道路）提供參考。新型冠狀病毒的感染傳播與人流移動存在密不可分的關(guān)聯(lián)。現(xiàn)階段的多數(shù)研究只停留在簡單的相關(guān)性分析以及基于全國地圖的數(shù)據(jù)可視化階段，缺乏在城市尺度上、針對人流移動的細粒度深度分析，更缺乏基于人流移動的傳播模擬推演模型以及潛在感染源和風(fēng)險區(qū)域的挖掘模型。隨著復(fù)工潮的來臨，戰(zhàn)“疫”面臨新的挑戰(zhàn)。南方科技大學(xué)科研部、工學(xué)院、計算機科學(xué)與工程系（下簡稱“計算機系”）和南方科技大學(xué)-東京大學(xué)超智慧城市聯(lián)合研究中心緊急組織科研力量，成立“新型冠狀病毒傳播建模預(yù)測項目組”，由計算機系副教授宋軒擔(dān)任負責(zé)人，迅速啟動針對新型冠狀病毒傳播感染的“大數(shù)據(jù)分析和AI建模推演平臺”研發(fā)工作。該平臺是一個針對新型冠狀病毒傳播的大數(shù)據(jù)分析和AI建模平臺（如圖1），其中預(yù)測和模擬推演模型完全由數(shù)據(jù)驅(qū)動，需要使用人流大數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練和優(yōu)化。數(shù)據(jù)擁有單位只要將人流大數(shù)據(jù)輸入平臺，平臺即可以自動完成模型迭代訓(xùn)練，并輸出相關(guān)的預(yù)測和模擬推演的可視化結(jié)果。其預(yù)測和模擬推演的精度由模型訓(xùn)練數(shù)據(jù)的質(zhì)量、精細度和覆蓋度決定。平臺后續(xù)期待更多單位（如GPS軌跡數(shù)據(jù)、CDR數(shù)據(jù)等人流大數(shù)據(jù)擁有單位）參與進來，共同完善該平臺。推演平臺通過整合、處理和分析各類多模態(tài)人流移動和出行大數(shù)據(jù)，結(jié)合新一代的人工智能技術(shù)，完成對新型冠狀病毒的傳播和感染人群細粒度建模，從而實現(xiàn)在城市區(qū)域內(nèi)細粒度預(yù)測、模擬和動態(tài)推演傳播感染情況。平臺可實現(xiàn)的基本功能主要有以下幾個方面：一是建立新型冠狀病毒和人流移動的映射模型，包括傳染概率確定/潛伏期分析/傳染代數(shù)分析等；二是分析隱藏病患，由于疾病傳播為鏈式，可以根據(jù)缺失軌跡鏈反推出尚未確診的疑似病患；三是分析風(fēng)險人群，可根據(jù)病患軌跡尋找可能有接觸的風(fēng)險人群，提前預(yù)警；四是挖掘潛在病原地，分析病人間的軌跡交叉點確認潛在的未知病原地（如圖3）。在以上功能基礎(chǔ)上，平臺可以實現(xiàn)設(shè)定不同的公共防疫政策（如封閉城市內(nèi)的高風(fēng)險感染區(qū)域），在城市尺度上，動態(tài)推演和模擬在這些政策下的城市傳播感染情況，從而幫助相關(guān)部門制定更為高效的隔離和公共防疫政策（如圖4）。

2020年1月31日，蘭州大學(xué)第一醫(yī)院2019-nCoV研究團隊在國際放射學(xué)首位期刊Radiology（IF 7.608）發(fā)布了學(xué)術(shù)成果：2019-nCoV確診病例的CT特征；同步推送全球放射醫(yī)師，關(guān)注新型冠狀病毒肺炎的CT影像學(xué)表現(xiàn)。2019-nCoV科研攻關(guān)專家組組長、蘭州大學(xué)第一醫(yī)院院長李汛教授正在帶領(lǐng)科研團隊，緊密圍繞2019-nCoV流行病學(xué)特點、快速診斷技術(shù)、診療模式、中藥防殺與治療、防控體系構(gòu)建與感控指南建立、消毒與廢物處理六個方面進行全方位研究。醫(yī)院第1例病例確診后，雷軍強教授作為第一作者將其典型的影像學(xué)特征在國際頂級放射期刊報道，助力抗擊新冠病毒肺炎工作的進行。 蘭州大學(xué)第一醫(yī)院院長助理祁小龍教授、雷軍強教授及其放射科團隊將圍繞“基于智能影像技術(shù)的重大公共衛(wèi)生事件防控體系構(gòu)建”開展科研攻關(guān)，緊密配合一線醫(yī)護團隊開展2019-nCoV疫情的早篩、早隔、早診和早治。