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科技部期望干细胞研究发展的 8 大方向

昨日(5 月 23 日),科技部发布了《关于对国家重点研发计划干细胞及转化研究等 6 个重点专项 2018 年度项目申报指南征求意见的通知》(以下简称通知),对干细胞及转化研究、纳米科技、量子调控与量子信息、蛋白质机器与生命过程调控、大科学装置前沿研究、全球变化及应对等 6 个重点专项 2018 年度项目申报指南(征求意见稿,见附件)向社会征求意见和建议。从中我们也可以了解到目前干细胞研究的方向,征求意见时间为 2017 年 5 月 24 日至 2017 年 6 月 7 日。

以下是与生物医药相关的 3 大重点专项 2018 年度项目申报指南(征求意见稿)详细内容:

附件 1“干细胞及转化研究”重点专项 2018 年度项目申报指南(征求意见稿)

1. 多能干细胞的建立与干性维持

1.1 干细胞多能性的表观精密调控

研究内容:多能性维持、多能性状态转变及细胞重编程过程中非编码 RNA、RNA 新型修饰以及新型蛋白修饰对多能性的精密调控。

考核指标:发现 5 - 7 种调控人干细胞多能性的 lncRNA 或其它相关分子,揭示其精确调控干细胞命运的机制;明确上述分子与干细胞状态和质量的关系;建立 1 - 2 个 lncRNA 遗传示踪体系;揭示 3 - 5 个 lncRNA 表观修饰蛋白及蛋白翻译后修饰对人始发态 - 原始态胚胎干细胞转变的作用和机理。

1.2 异染色质调控干细胞多能性

研究内容:异染色质组蛋白修饰及端粒异染色质区对干细胞多能性的调控。

考核指标:发现异染色质或转座子等影响多能干细胞命运及调控的规律,阐明 2 - 3 条新机制;揭示端粒等异染色质区影响转座子插入及激活的机制,取得 3 项以上新发现;解析 3 - 4 个调控转座子插入及激活基因组的异染色质组蛋白、调控蛋白及复合体的高级结构和功能。

1.3 关键亚细胞水平事件调控干细胞多能性

研究内容:多能干细胞命运维持、自我更新和定向分化过程中的细胞器功能变化、组分重塑、代谢变化及相关新型信号。

考核指标:阐明多能干细胞命运调控过程中内涵体 / 自噬体 / 线粒体等细胞内膜系统膜转运、线粒体离子信号、能量代谢通路及产物等 3 种以上关键亚细胞水平事件的特点;发现上述事件调控细胞命运、介导新型核质作用模式的 3 - 5 个新机制,明确其生物学意义。

2. 组织干细胞的获得、功能和调控

2.1 组织干细胞功能亚群与疗效评估

研究内容:间充质干细胞、造血干细胞的异质性及功能亚群的分子标记、调控机制、功能特性及疗效评价。

考核指标:鉴定不少于 3 种干细胞功能亚群的分子标记体系和功能特征;解析不少于 3 种功能亚群形成的关键调控因子和机制;建立相应干细胞功能亚群的分离、鉴定与扩增体系;结合非人灵长类动物模型评估上述干细胞功能亚群的治疗效果。

2.2 再生中的干细胞命运调控及意义

研究内容:组织器官损伤及修复过程中,不同细胞类群的属性转换和命运决定机制及其对组织再生的作用。

考核指标:建立 1 - 2 项多谱系同步在体示踪技术;建立 1 - 2 种人源化动物模型和 1 - 2 种可诱导式组织损伤模型,能实现局部以及大面积损伤并诱导细胞属性转换。揭示微环境中细胞及相关因子调控细胞属性转换和干细胞命运的 1 - 2 项新机制。阐明细胞应答损伤微环境信号的 1 - 2 种分子机制。

2.3 心脏再生和修复的新策略

研究内容:结合心脏再生模型和微器官,揭示心脏再生和修复的机制,建立心脏修复的新策略。

考核指标:筛选 5 - 7 个能促进心脏微器官形成、模式动物心脏再生和修复的化学小分子、关键因子和基因,并揭示其作用机制;结合非人灵长类模型,建立 1 - 2 项以动员心脏干细胞、体内高效转分化或心肌移植为基础的心脏再生修复新策略。

2.4 器官损伤状态下炎症微环境与间充质干细胞相互作用及演变特征

研究内容:结合临床标本,研究肝脏、肾脏的纤维化或硬化过程中间充质干细胞与炎症的交互作用及对疾病进程的影响。

考核指标:建立 2 种以上标记和评价内源性间充质干细胞的体系,明确间充质干细胞与炎症的交互作用及动态变化特征;揭示 6 - 7 种以上微环境组分调控间充质干细胞演变,以及间充质干细胞促进修复的机制;形成 3 种以上治疗肾脏、肝脏纤维化或硬化的新技术。

3. 干细胞定向分化及细胞转分化

3.1 干细胞异质性及命运决定的调控网络

研究内容:干细胞早期分化中单细胞水平异质性及命运调控的关键机制。

考核指标:从单细胞分辨率解析多能干细胞体内外分化过程中基因表达及其表观遗传学调控的异质性;结合统计学发现 1 - 2 项调控多能干细胞分化和早期胚层发育的新机制;建立重要的表观遗传修饰酶、RNA 结合蛋白和 RNA 的互作网络及调控细胞命运的一般性模型。

3.2 原始生殖细胞发育和分化的调控

研究内容:原始生殖细胞的关键调控因素及在生殖细胞特化过程中的作用。

考核指标:建立灵长类和小鼠原始生殖细胞体外分化体系;发掘 3 - 5 个以上精确调控灵长类和小鼠原始生殖细胞特化、干性维持、自我更新、分化和命运决定等过程的新转录因子和表观遗传调控因素;结合新发现,优化人工配子的体外获得方案,结合生殖系统疾病模型验证人工配子功能。

3.3 人血液系统细胞分化图谱

研究内容:人正常及病变血液系统的干细胞分化图谱。

考核指标:结合多谱系标记和单细胞分析等,构建人正常造血系统及 2 种以上恶性血液肿瘤干细胞的单细胞水平转录组、蛋白组与功能组学分化图谱;揭示 3 种以上分化节点细胞亚群的生物学功能及其调控机理;建立正常及病变血液细胞的单细胞水平鉴定标准。

4. 干细胞移植后体内功能建立与调控

4.1 干细胞的示踪及评价

研究内容:大动物干细胞多模示踪技术及动态评价体系。

考核指标:建立 3 种以上可用于大动物活体多模示踪的人多能干细胞系;开发能示踪外源性和内源性干细胞及评价细胞功能的新技术各 2 - 3 项,至少各 1 项可用于临床;结合大动物模型,明确 2 - 3 种细胞移植后的存活、迁移、体内分布和功能重建情况,以及 1 - 2 种内源性干细胞的调控和动员机制;新发现影响细胞治疗效果的因素 3 - 4 项。

4.2 人特定神经元亚型获得及移植

研究内容:特定谱系人神经元亚型获得及长期安全性和有效性评价。

考核指标:结合与疾病治疗相关的特定神经元亚型及其关键调控因子,建立 3 种以上神经谱系报告系统和谱系示踪系统;建立人多能干细胞向 3 种以上特定功能神经细胞亚型的高效分化体系及质控标准;结合灵长类模型,揭示特定神经元亚型对神经修复和重建的意义。

5. 基于干细胞的组织和器官功能修复

5.1 基于干细胞的器官芯片

研究内容:基于干细胞的肝、肾或胰等人器官芯片及应用。

考核指标:基于干细胞,建立 2 种以上具备生物传感和关键功能的重要人体类器官;建立 2 种以上的单个人体器官芯片系统,实现类器官仿生 3D 动态培养和多维度、高通量筛选;建立 1 - 2 种复合性人体器官芯片系统,模拟人体器官相互作用,并进行验证。

5.2 基于工程化微环境的干细胞规模化培养系统

研究内容:结合微环境仿生建立干细胞规模化扩增和分化体系,规模化、自动化、智能化制备功能细胞。

考核指标:遴选适合干细胞培养的新型材料,针对造血干等 3 类干细胞,确定干细胞规模化扩增的物理学和生物学条件;明确干细胞大规模培养过程中多能干细胞的性状及其特点,揭示胞外信号感应体系、转录、表观遗传、代谢和功能等至少 4 个方面的适应性变化及调控机制;建立 2 - 3 类干细胞规模化扩增的技术参数、操作规范和质量控制标准,扩增干细胞,满足临床应用要求;建立一体化实现规模化诱导分化和功能细胞获取的技术系统,实现自动化、智能化。

5.3 干细胞来源外泌体调控重要组织及器官功能修复

研究内容:干细胞外泌体对溃疡创面、脑与脊髓等的修复及机制。

考核指标:分析 3 类以上干细胞外泌体的成分,揭示外泌体形成与分泌的机制;发现 2 - 3 种外泌体在体内作用的靶细胞及靶细胞的应答机制,阐明其促进组织细胞再生、逆转细胞衰老的机制;评价其用于治疗的安全性和有效性;建立规模化生产性能稳定的干细胞外泌体的技术体系,形成行业标准规范;获得 1 - 2 个临床研究备案批件。

6. 干细胞资源库

6.1 干细胞制剂及应用的标准化

研究内容:依托临床级人多能干细胞资源库建立干细胞制剂关键技术及标准。

考核指标:建立快速获得 HLA 单倍型纯合多能干细胞的新技术;建立临床级多能干细胞分化及其他途径获得神经细胞、心肌细胞、间充质干细胞及血液细胞等 4 类细胞的标准化方案和质控标准,能为临床研究及多中心试验提供具有可比性的所需细胞类型;实现规模化扩增,形成 4 种干细胞制剂;针对神经、生殖系统的 2 - 3 种疾病,建立干细胞治疗这些疾病的标准化方案;按国际 ISO 规范建立细胞存储、生产和应用的相关标准,完成细胞存储及制备的国家标准 5-10 项。

7. 利用动物模型进行干细胞临床前评估

7.1 干细胞的质量及评价

研究内容:干细胞基因组稳定性及其对神经干细胞质量和功能的影响。利用基因编辑及修饰提升干细胞质量。

考核指标:结合灵长类模型和人多能干细胞分化,发现 5 种以上调控基因组稳定性和细胞应答的关键因子;阐明 3 种以上神经干细胞特异的基因组稳定性维持机制和应答特征;揭示 1 - 3 个关于基因组稳定性影响干细胞质量和分化的新机制,并通过调控基因组稳定性获得临床级干细胞及其分化细胞。建立系列基因敲除、敲入等基因编辑及修饰的人多能干细胞系。结合脑卒中、中枢神经创伤、神经退行性变等 3 类人的重大神经疾病的非人灵长类模型,评价细胞质量以及体内功能重建。

8. 干细胞临床研究

研究内容:针对脑外伤、心血管、肾的某一种重大疾病,利用临床级干细胞产品进行细胞治疗的临床研究。

考核指标:针对每种疾病,研制不少于 1 项干细胞产品并通过国家认可的机构认证;针对每种疾病进行系统的安全性和有效性评价,并获得可支持进入临床研究阶段的临床前研究数据;在通过伦理评价的基础上,开展示范性的干细胞临床研究,建立干细胞、前体细胞或功能细胞移植治疗重大疾病的 3 种以上标准化方案。

特别要求:干细胞临床研究必须在国家卫生计生委和食品药品监管总局公布的备案干细胞临床研究机构中开展。

8.1 脑外伤后的干细胞精准移植治疗临床研究

8.2 心血管系统某种疾病的干细胞治疗临床研究

8.3 某种肾疾病的干细胞治疗临床研究

附件 2“纳米科技”重点专项 2018 年度项目申报指南(征求意见稿)

(节选与生物医药相关内容)

3. 纳米生物医药

3.1 具有明确临床适应症的功能纳米材料宏量制备与临床诊疗技术

研究内容:针对重大疾病明确临床适应症的重要活性分子,研制特异性分子元件,构建对疾病具有诊疗功能纳米材料,发展适合组织器官活体实时原位诊疗的新技术、新方法。解决合成具有医药应用价值的纳米材料所涉及的前驱体分解,单体、颗粒的扩散及体系传热等问题,针对明确临床适应症的关键生物分子,完成功能分子修饰的纳米材料的宏量制备工艺,建立体外检测与医学影像平台,开展相关临床应用技术研究。

考核指标:研制出 3 - 5 种针对于明确临床适应症的生物传感或医学影像用新型分子探针;1 种以上有临床应用前景的功能纳米材料的连续、稳定的宏量合成方法,单套系统可连续并重复制备规模不小于 20 千克 / 批次的功能纳米颗粒,药效等指标至少满足药物审评的等效性原则;1- 3 种疾病标志物分子靶向功能化的纳米材料,获得 CFDA 临床试验许可,建立相关产品的临床使用规范。

3.2 生物相容性纳米表面 / 界面调控原理及其生物医学应用

研究内容:发展基于纳米表面 / 界面的分子修饰与组装新原理和生物相容性医用自组装纳米材料构筑新技术,在生物环境中构建具有新生物功能的分子自组装纳米结构材料,实现生物环境下的体外与体内自组装结构与性质的精准调控;研发具有化疗功能以及智能型分子组装纳米材料,应用于肝癌、肠癌、胰腺癌、乳腺癌或食道癌等恶性肿瘤,研究其 x 射线或γ射线放疗协同增敏效应、调控肿瘤表观遗传、基质和血管的作用及机制、肿瘤环境响应性等,实现多步级联释放和可控定点释放新功能;发展智能型分子组装纳米材料的体内过程分析及安全性评价的新方法。

考核指标:完成至少 3 种生物相容(可水分散、无细胞毒性、可降解排出、无非特异性吸附等)的新分子或分子组装体系,应用于纳米颗粒修饰时,其修饰前后水合粒径改变 < 5 nm(其中 1 种 < 3 nm),可满足纳米药物设计和纳米生物检测需求,相关技术参数需经第三方检测机构认可;提出 1 种基于分子自组装的协同化疗纳米药物的时空可控释放新策略;完成 2 - 3 种基于分子自组装的智能型抗肿瘤纳米结构材料,其中 1 种至少达到 3 倍 epr 增强效应,1 种对医用 x 射线或γ射线放疗剂量(小于 5gy)具有灵敏响应;完成至少 1 种基于分子自组装肿瘤基质或血管调控型抗肿瘤纳米结构材料的临床前药效评价及其安全性评价。<>

附件 4. “蛋白质机器与生命过程调控”重点专项 2018 年度项目申报指南(征求意见稿)

1. 细胞内部膜系统稳态维持的蛋白质机器

研究内容:揭示细胞内部膜系统稳态维持的重要新型蛋白质机器的结构、动态变化与功能。

考核指标:发现 5 -10 种在细胞内部膜系统,包括线粒体、内质网、高尔基体、脂滴、溶酶体等的完整性维持、损伤修复、选择性清除、质量控制等稳态维持过程中发挥核心功能的新型蛋白质机器;揭示相关蛋白质机器结构与功能的动态变化规律,阐明其调控、协同作用、组装 / 分解模式及修饰方式;阐明其在响应细胞内外环境变化、调控细胞物质能量代谢、维持细胞稳态和决定细胞命运中的作用和分子机制,阐明细胞内部膜系统稳态异常在人类重大疾病发生中的关键作用。

2. 蛋白质膜信号转导的分子机制

研究内容:发现重大生理过程和重大疾病相关细胞信号转导过程中的新型膜蛋白质机器(如 GPCR 等)及其功能性配体,研究其生理病理过程中动态变化的分子机制,并研究其功能调控手段。

考核指标:针对重大生理过程和重大疾病相关细胞信号转导过程,选择 20-30 种关键膜蛋白质机器(如 GPCR 等),解析其三维结构和构象动态变化机制,阐明细胞生命活动中信号转导的分子机制,揭示其构象变化与疾病的关系,发现 20-30 种新型调控分子;发展能够普遍应用于细胞表面信号转导相关膜蛋白动态变化研究的新方法,并应用于重要生理以及病理过程中膜蛋白机器构象变化的研究。

3. 功能性非编码 RNA 相关新型亚细胞器中的蛋白质机器

研究内容:发现并鉴定以外泌体、迁移体及 siRNA-body 等为代表的调节功能性非编码 RNA 生成 / 修饰、分拣 / 分泌和吸收相关新型亚细胞器及其蛋白质机器;深度解析非编码小 RNA 产生、加工、修饰和功能相关新型亚细胞器及其蛋白质机器分子机制。

考核指标:发现细胞内功能性非编码小 RNA 生成 / 修饰相关的新型亚细胞器中的蛋白质机器及其作用机制;发现 5 -10 种动物细胞中功能性非编码小 RNA 转运和选择性分泌的蛋白质机器及其作用机制;发现 5 -10 种异源功能性非编码小 RNA 选择性吸收的蛋白质机器及其作用机制。

4. 蛋白质降解相关过程的蛋白质机器的功能机制

研究内容:发现蛋白质降解(如泛素 - 蛋白酶体系统)相关的新型蛋白质机器,阐明其结构、组装、功能及机制,研究蛋白质降解关键蛋白质机器的功能异常与重大或常见疾病发生发展的关系,发展新型调控手段。

考核指标:发现 10-20 种蛋白质降解(如泛素 - 蛋白酶体系统)相关的新型蛋白质机器,阐明其结构、功能、组装模式及调控机制,阐明关键蛋白质机器在蛋白质质量控制、稳态调控、重大或常见疾病发生发展过程中的作用,发展 3 - 5 种靶向蛋白质降解相关蛋白质机器的疾病干预技术和手段。

5. 高致病性病毒转录复制过程关键蛋白质机器的功能和干预机制

研究内容:针对高致病性黄病毒、布尼亚病毒等重要 RNA 病毒,在具备三级及以上生物安全实验室及相关病原的活动资质的基础上,开展病毒转录复制过程中关键蛋白质机器的研究,研究其组装模式、结构功能关系和核心组分间的调控机制,同时关注宿主因子参与形成、调控蛋白质机器的分子机制。

考核指标:发现 5 - 8 种高致病性 RNA 病毒转录复制中由病毒蛋白、宿主因子等形成的新型复杂蛋白质机器,阐明其结构、功能和调控网络,阐明宿主因子与病毒蛋白的互作关系,确认 5 -10 个新型干预靶点,发现 50-80 种干预病毒转录复制过程的新型化学探针,发展 1 - 2 种针对高致病性病毒的新型检测手段。

6. 高致病性病原体感染与致病过程中蛋白质机器的功能和干预机制

研究内容:针对高致病性病原菌或寄生虫,发现与其感染与致病密切相关的新型蛋白质机器,研究其结构、功能和致病的分子机制,研究天然免疫系统对病原体相关分子模式的识别响应,研究新型干预手段。

考核指标:针对具有重要临床意义的病原菌(如高致病性大肠杆菌等)或寄生虫,发现 5 -10 种与病原体感染、致病、潜伏、耐药等生命过程相关的新型蛋白质机器,阐明其功能机制和调控网络;针对病原体感染,发现 3 - 5 种参与天然免疫反应的新型蛋白质机器,阐明天然免疫调控、炎症小体抗感染等过程的分子机制,确认 3 - 5 个新型干预靶点;发现 20-30 种新型抑制剂,发展 1 - 2 种针对高致病性病原菌或寄生虫的干预、检测手段。

7. 免疫反应过程中蛋白质机器的功能机制

研究内容:研究参与 T 细胞免疫反应过程中的新型蛋白质机器,研究其在免疫反应过程中的分子机制

考核指标:针对人和模式生物的获得性免疫系统开展研究,发现 5 -10 种参与 T 细胞免疫反应过程中的新型蛋白质机器,阐明其发挥功能的分子机理与结构基础,发展 5 -10 种针对免疫过程的新型干预手段。

8. 人和模式生物中蛋白质组对生命活动中的调控

研究内容:围绕人和模式生物,发展新型表型蛋白质组方法,研究生理和病理状态下不同组织、器官、细胞的蛋白质表达谱,建立整合型组学生物医学网络,发现精准疾病标志物群。

考核指标:阐明 10-20 种人和模式动物主要器官的蛋白质组及其变化规律,明确 100 种蛋白质机器协同作用和疾病调控网络。开发 10 种活检、无创样本蛋白质组快速检测平台,建立 1 万人活检、无创样本蛋白质组大数据队列,建立 1 套人类样本蛋白表达丰度范围数据库和 20 种重大疾病蛋白表达谱;建立 1 个有机整合各组学数据的生物医学网络,发现 20 个精准疾病标志物群。

9. 化学生物学在蛋白质机器标记和功能调控中的应用

研究内容:发展能够普遍应用于蛋白质翻译后修饰(如糖基化、磷酸化修饰等)的生物正交反应等化学生物学新方法,发展新型化学探针对重要蛋白质机器的功能进行调控的新手段。

考核指标:发展 5 -10 种新型生物相容、正交的蛋白质后修饰(如糖基化、磷酸化修饰等)的特异性标记方法,实现重要生理过程中对蛋白质翻译后修饰相关的重要蛋白质机器的调控与标记;针对重大疾病相关的关键蛋白质机器,开展外源性化学探针调控研究,发展 25-35 种新型化学探针,阐明蛋白质翻译后修饰与疾病的关系,实现功能调控;阐明蛋白质机器对化学探针的应答机制,在分子水平精确预测应答方式。

10. 蛋白质机器动态、原位结构研究的方法及应用

研究内容:发展在细胞内研究蛋白质机器多重分辨率动态结构的新技术和新方法,探索其在具有重要生理功能的蛋白质机器研究中的应用。

考核指标:发展整合特异性标记、化学交联质谱、小角散射、核磁共振、冷冻电镜、晶体衍射等多种技术的综合性手段,发展相应的计算模拟和交叉验证方法,实现在细胞或单细胞水平对蛋白质机器进行多重分辨率水平的动态结构进行原位分析;利用新技术,针对 1 - 2 种具有重要生理功能的蛋白质机器(如膜融合过程中的蛋白质机器),解析其动态变化过程和功能机制。

11. 基于蛋白质机器的疾病生物标志物发现及机制研究

研究内容:利用临床病理组织检测、个体化组学策略等技术,寻找与人类重大疾病相关的新型蛋白质机器,探索其生理及病理作用机制,基于此发展可用于分子分型的精准标志物,开发用于临床应用的重大疾病防控新手段。

考核指标:从恶性肿瘤、遗传性血液病、神经退行性疾病中选择一种或几种,发现 5 -10 种与疾病发生发展相关的新型蛋白质机器,阐明其结构、功能、组装与调控机制,发现 200 种左右的新型疾病标志物,发展 20-30 种可用于分子分型的精确标志物,开发 10-20 种具有临床使用价值的疾病预警和检测手段。< 5 nm(其中 1 种 < 3 nm),可满足纳米药物设计和纳米生物检测需求,相关技术参数需经第三方检测机构认可;提出 1 种基于分子自组装的协同化疗纳米药物的时空可控释放新策略;完成 2 - 3 种基于分子自组装的智能型抗肿瘤纳米结构材料,其中 1 种至少达到 3 倍 epr 增强效应,1 种对医用 x 射线或γ射线放疗剂量(小于 5gy)具有灵敏响应;完成至少 1 种基于分子自组装肿瘤基质或血管调控型抗肿瘤纳米结构材料的临床前药效评价及其安全性评价。

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