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越细微越精确越神奇

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2018-10-13 11:49  来源:科普时报  
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  随着人类的研发和技术应用走入更高阶段,我们往往要不断地“钻牛角尖”,比如在实验室中观测并分析极其微小的病毒、分毫不差地在眼球上进行微创手术等。要实现这些难度极高的操作,我们需要驾驭光,让光成为奇迹工具。

  美国科学家阿瑟·阿什金、法国科学家热拉尔·穆鲁以及加拿大科学家唐娜·斯特里克兰正是通过开创性发明和研究为我们提供了这方面的强大工具。他们于10月2日共同获得了2018年诺贝尔物理学奖。

  阿什金发明了一种光镊工具,它能够用一束高度汇聚的激光形成三维势阱来捕获、操纵极其微小的粒子,让激光将小粒子推向光束中心,并将它们固定在那里,从而更好地操纵它们。1987年,阿什金在这方面取得了实质突破。他在不伤害活细菌的情况下,成功地用光镊捕获了它们。

  穆鲁和斯特里克兰发明了一种叫作“啁啾脉冲放大”的技术,将短激光脉冲适时拉伸以减少峰值功率,然后放大它,并最终把它彻底压缩,这能让更多的光被压缩在一个极小空间内,从而大幅提高脉冲的强度。

  美国科学家弗朗西丝·阿诺德、乔治·史密斯以及英国科学家格雷戈里·温特正是基于相同理念,在实验室模拟自然进化,通过不同途径释放进化的力量,获得了瞩目成果,他们也因此被授予2018年诺贝尔化学奖。

  阿诺德的实验室生成的酶已经能够催化那些自然界中都不存在的化学反应,从而制造出全新材料。她的这些“量身定制”酶如今已是包括药物在内许多材料制作的重要工具,它在生产过程中能避免产生许多污染环境的副产物。

  与阿诺德分享今年诺贝尔化学奖的史密斯则研发了一种名为噬菌体展示的新技术。他利用了一种能感染细菌的病毒噬菌体,将外源蛋白或多肽的DNA序列插入到噬菌体外壳蛋白结构基因的适当位置,使外源基因随外壳蛋白的表达而表达,同时,外源蛋白随噬菌体的重新组装而展示到噬菌体表面。这种技术可应用于研究与蛋白质相互作用的配体,以及进行蛋白质演化等。

  温特将史密斯的这项技术用于抗体的定向演化,以便提升它们在疾病治疗方面的一些特性。基于这种新技术开发的药物已在2002年获得相关批准,可用于类风湿性关节炎等疾病的治疗。

  瑞典卡罗琳医学院10月1日宣布,将2018年诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家詹姆斯·艾利森和日本科学家本庶佑,以表彰他们在癌症免疫治疗方面所作出的开创性贡献。

  艾利森的主要工作就是在实验室里对一种名为CTLA-4的蛋白质进行了深入分析,当时他和多名科学家都观察到CTLA-4能对与人体免疫T细胞起到“刹车”作用。

  2010年公布的一项临床试验结果表明,接受CTLA-4抗体治疗的黑色素瘤患者平均存活了10个月,比没有接受这一治疗的患者延长了4个月。这是第一个可以延长黑色素瘤患者生存期的疗法,医学界为之震惊。

  几乎与艾利森同时期,本庶佑发现了T细胞上的另一个“刹车”分子PD-1。在2012年进行的一项临床试验中,基于抑制PD-1的新方法被用于不同类型癌症病患的治疗,效果非常好,好几名转移性癌症患者的病情获得长期缓解甚至治愈迹象,而转移性癌症此前被认为基本无法治疗。

  从累积的临床试验结果来看,PD-1阻断疗法已被证明更为有效,尤其是在治疗肺癌、肾癌和黑色素瘤方面。一些新研究进一步指出,针对CTLA-4与PD-1的联合治疗或许能够带来更好的效果,这已在黑色素瘤患者身上有所体现。相关临床试验目前正在开展中。


(责任编辑:东北科技)
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