南京大學(xué)教授杜靈杰團(tuán)隊(duì)聯(lián)合美國哥倫比亞大學(xué)、美國普林斯頓大學(xué)、德國明斯特大學(xué)研究人員，通過自主設(shè)計(jì)、組裝的極低溫強(qiáng)磁場(chǎng)共振非彈性偏振光散射系統(tǒng)，基于砷化鎵量子阱，在分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)中首次觀察到引力子模。
該成果標(biāo)志著世界范圍內(nèi)首次在真實(shí)系統(tǒng)中觀察到具有引力子特征的準(zhǔn)粒子，同時(shí)為分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)全新的幾何描述提供了實(shí)驗(yàn)證據(jù)。盡管引力子模并非作為基本粒子的引力子，但該實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)為在凝聚態(tài)物質(zhì)中探索量子引力相關(guān)物理問題開辟了全新視野，也開啟了從幾何視角研究強(qiáng)關(guān)聯(lián)量子體系的新方向。相關(guān)研究成果3月28日發(fā)表于《自然》。
01科學(xué)家首次3D打印出功能性人類腦組織
研究流程示意圖。圖片來源于《細(xì)胞—干細(xì)胞》
美國威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的科學(xué)家首次3D打印出功能性人類腦組織，它可以像傳統(tǒng)腦組織一樣正常生長(zhǎng)并發(fā)揮作用。相關(guān)研究成果2月1日發(fā)表于《細(xì)胞—干細(xì)胞》。
研究人員采用了水平疊層方案，將從誘導(dǎo)多能干細(xì)胞中培養(yǎng)出來的腦細(xì)胞置于柔軟的“生物墨水”凝膠中，最終培育出神經(jīng)元。打印的細(xì)胞通過介質(zhì)在每個(gè)打印層內(nèi)部和層之間產(chǎn)生連接，形成與人類大腦相當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)。
這種3D打印技術(shù)不需要特殊的生物打印設(shè)備或培養(yǎng)方法來保持組織健康，并可以使用顯微鏡、標(biāo)準(zhǔn)成像技術(shù)和電極進(jìn)行深入研究。科學(xué)家認(rèn)為，這一突破對(duì)研究大腦，治療阿爾茨海默氏癥、帕金森氏癥等多種神經(jīng)和神經(jīng)發(fā)育疾病具有重要意義。
02谷歌新量子芯片跨越精度里程碑
谷歌新量子芯片。圖片來源于谷歌
美國谷歌公司開發(fā)的一款量子芯片Willow，首次實(shí)現(xiàn)了“低于閾值”的量子計(jì)算，這是尋求制造足夠精確且實(shí)用量子計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要里程碑。相關(guān)研究成果12月9日發(fā)表于《自然》。
過去幾年，包括IBM和亞馬遜的AWS在內(nèi)的多家公司和學(xué)術(shù)團(tuán)體已經(jīng)證明，糾錯(cuò)可以略微提高準(zhǔn)確性。2023年初，谷歌發(fā)布了一項(xiàng)研究成果，在Sycamore量子處理器中使用了49個(gè)量子比特，并在超導(dǎo)電路中對(duì)每個(gè)物理量子比特進(jìn)行了編碼。
Willow是該技術(shù)的改進(jìn)版本，其規(guī)模更大，擁有105個(gè)物理量子比特。谷歌量子計(jì)算部門負(fù)責(zé)人表示，Willow功能強(qiáng)大，可以在約5分鐘內(nèi)完成全球最大的超級(jí)計(jì)算機(jī)預(yù)計(jì)需要1025年才能完成的隨機(jī)電路采樣任務(wù)。
03?歐幾里得空間望遠(yuǎn)鏡公布首批科學(xué)成果，包括首張“宇宙地圖”照片
歐幾里得空間望遠(yuǎn)鏡公布首批科學(xué)成果。圖片來源于ESA
5月23日，歐洲航天局（ESA）公布了2023年7月發(fā)射升空的歐幾里得空間望遠(yuǎn)鏡首批科學(xué)成果。其中一組科學(xué)圖像清晰展現(xiàn)了閃閃發(fā)光的星系團(tuán)、附近的螺旋星系，以及孕育著數(shù)十萬顆年輕恒星的彩色星際氣體云。
此外，太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的一組拼接圖像捕捉到1400多萬個(gè)星系，首次展示了“宇宙地圖”，增進(jìn)了人們對(duì)暗物質(zhì)和暗能量在宇宙結(jié)構(gòu)中所起作用的理解。這幅巨圖由260幅圖像拼接而成，是歐幾里得太空望遠(yuǎn)鏡繪制的迄今最大、最精確的宇宙地圖的第一次展示。
在接下來的6年里，歐幾里得太空望遠(yuǎn)鏡將自動(dòng)掃描大約1／3的夜空。研究人員預(yù)計(jì)，最終地圖將顯示約80億個(gè)星系，每個(gè)星系都有數(shù)十億顆恒星，跨越100億年的宇宙歷史。
04?科學(xué)家繪制迄今最大腦基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)圖譜
科學(xué)家繪制迄今最大腦基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)圖譜。圖片來源于pixabay
5月24日，研究人員在《科學(xué)》《科學(xué)進(jìn)展》《科學(xué)報(bào)告》雜志上發(fā)表了15篇論文，宣稱繪制出了迄今最大、最先進(jìn)的大腦基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)多維圖譜，詳細(xì)描述了協(xié)調(diào)大腦生物通路和細(xì)胞功能的許多調(diào)節(jié)元件。
這些論文按照幾個(gè)關(guān)鍵主題報(bào)告了研究結(jié)果，擴(kuò)展了先前的發(fā)現(xiàn)，探索了人類大腦多個(gè)皮層和皮層下區(qū)域。這些大腦區(qū)域在一系列重要功能中起到了關(guān)鍵作用，包括決策、記憶、學(xué)習(xí)、情感、獎(jiǎng)勵(lì)處理和運(yùn)動(dòng)控制。
上述研究由美國國立衛(wèi)生研究院資助，使用2500多名捐贈(zèng)者的死亡后腦組織，繪制了大腦發(fā)育不同階段和與多種大腦疾病相關(guān)的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。
05?超精確癌細(xì)胞3D圖譜問世
超精確癌細(xì)胞3D 圖譜問世。圖片來源于Steve Gschmeissner
10月30日，在發(fā)表于《自然》的12篇論文中，人類腫瘤圖譜網(wǎng)絡(luò)（HTAN）的研究人員通過分析人類和動(dòng)物組織的數(shù)十萬個(gè)細(xì)胞，繪制了超精確腫瘤細(xì)胞3D圖譜，同時(shí)創(chuàng)建了能夠追蹤導(dǎo)致癌癥的細(xì)胞變化的“分子鐘”。
科學(xué)家分析了6種癌癥的131個(gè)樣本中的細(xì)胞組織，并使用“分子鐘”追蹤正常細(xì)胞如何在腸道中失控并增殖。他們使用單細(xì)胞分析和基因編輯工具CRISPR在每個(gè)細(xì)胞的DNA中生成突變，從而記錄了每個(gè)細(xì)胞變化和分裂的時(shí)間軸。科學(xué)家將這種方法應(yīng)用于418個(gè)人類結(jié)腸息肉，發(fā)現(xiàn)高達(dá)30％的息肉起源于幾種細(xì)胞類型。這些發(fā)現(xiàn)推翻了結(jié)腸癌起源于腸道內(nèi)壁單個(gè)流氓細(xì)胞的觀點(diǎn)，并可能為早期診斷和干預(yù)提供更多機(jī)會(huì)。
06首個(gè)雙語讀腦裝置讓失語者重新“開口”
雙語讀腦裝置研究示意圖。圖片來源于研究團(tuán)隊(duì)
5月20日，美國加利福尼亞大學(xué)舊金山分校的研究人員在《自然—生物醫(yī)學(xué)工程》發(fā)表的一項(xiàng)研究稱，與大腦植入物耦合的人工智能（AI）系統(tǒng)首次幫助一個(gè)無法正常說話的人用兩種語言進(jìn)行交流。
這項(xiàng)研究只有一名綽號(hào)為Pancho的參與者，他的母語是西班牙語，在20歲中風(fēng)后學(xué)會(huì)了英語。研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個(gè)包含西班牙語和英語等模塊的AI系統(tǒng)，針對(duì)Pancho說出的短語，根據(jù)第一個(gè)單詞區(qū)分英語和西班牙語的準(zhǔn)確率為88％，而解碼正確句子的準(zhǔn)確率為75％。
此外，研究人員分析大腦皮層直接記錄的信號(hào)后發(fā)現(xiàn)，有關(guān)西班牙語和英語的許多大腦活動(dòng)實(shí)際來自同一區(qū)域。這項(xiàng)研究為人們了解大腦如何處理語言提供了見解，并為無法口頭交流的人恢復(fù)多語言能力帶來了希望。
07?美“星艦”第五次試飛 “筷子”成功回收助推器
“筷子”成功回收助推器。圖片來源于SpaceX當(dāng)?shù)貢r(shí)間10月13日，美國太空探索技術(shù)公司新一代重型運(yùn)載火箭“星艦”實(shí)施第五次試飛。火箭助推器在降落時(shí)由發(fā)射塔上被稱作“筷子”的機(jī)械臂“夾住”，首次實(shí)現(xiàn)在半空中捕獲回收，飛船濺落在印度洋。
“星艦”火箭總長(zhǎng)約120米，直徑約9米，由兩部分組成，第一級(jí)是長(zhǎng)約70米的“超級(jí)重型”助推器，第二級(jí)是“星艦”飛船，兩級(jí)均可重復(fù)使用。該火箭的設(shè)計(jì)目標(biāo)是將人和貨物送至地球軌道、月球乃至火星。
這是“星艦”的第五次試飛。今年6月第四次試飛時(shí)，火箭第一、二級(jí)成功分離，分別按計(jì)劃落入墨西哥灣和印度洋。本次使用機(jī)械臂捕獲助推器的方式，有助更快地回收、重復(fù)使用助推器，提高“星艦”發(fā)射頻率。
08 世界首例干細(xì)胞治療恢復(fù)人類視力
角膜位于眼睛的最外層。圖片來源于Patrick Landmann SPL
日本大阪大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)世界首例誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）角膜移植手術(shù)。在接受手術(shù)的4名視力嚴(yán)重受損患者中， 3名在接受干細(xì)胞移植后，視力得到了持續(xù)一年多的顯著改善，另一名患者視力雖有所提高，但并不持續(xù)。相關(guān)研究成果11月7日發(fā)表于《柳葉刀》。
研究人員從健康的供體中提取血細(xì)胞，并重新編程為胚胎樣狀態(tài)，然后將其轉(zhuǎn)化為一層薄而透明的鵝卵石狀角膜上皮細(xì)胞。作為手術(shù)的一部分，該團(tuán)隊(duì)刮掉覆蓋在患者一只眼睛的受損角膜上的疤痕組織層，然后縫合來自供體的上皮細(xì)胞，并在上面放置一個(gè)柔軟的保護(hù)性隱形眼鏡。研究人員計(jì)劃2025年3月啟動(dòng)臨床試驗(yàn)，以進(jìn)一步評(píng)估這種方法的療效。
09 全球首例人類接受經(jīng)基因編輯的豬腎臟移植完成
全球首例人類接受經(jīng)基因編輯的豬腎臟移植手術(shù)完成。圖片來源于馬薩諸塞州總醫(yī)院
3月16日，美國馬薩諸塞州總醫(yī)院的外科團(tuán)隊(duì)完成了全球首例人類接受經(jīng)基因編輯的豬腎臟移植手術(shù)。接受豬腎移植的是一位名叫Richard Slayman的62歲終末期腎衰竭患者。該移植手術(shù)獲得了美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）的“同情使用”許可。
移植的腎臟取自一只小型豬，這只豬經(jīng)過了eGenesis公司科學(xué)家進(jìn)行的CRISPR－Cas9基因組編輯， 69個(gè)動(dòng)物基因被修改。這些編輯的基因組旨在防止捐贈(zèng)器官的排斥反應(yīng)，并降低器官中的病毒感染接受者的風(fēng)險(xiǎn)。
全球首例人類接受經(jīng)基因編輯的豬腎臟移植手術(shù)的初步成功，讓研究人員燃起了對(duì)豬器官進(jìn)行更大規(guī)模臨床試驗(yàn)的希望。這樣的試驗(yàn)可能會(huì)將“異種移植”帶入臨床。
10 長(zhǎng)效HIV預(yù)防針劑試驗(yàn)成功
長(zhǎng)效HIV預(yù)防針劑試驗(yàn)成功。圖片來源于N． BURGESSSCIENCE
6月20日，美國生物制藥公司吉利德公布，其研發(fā)的一年注射兩次的HIV－1衣殼抑制劑“Lenacapavir”（來那卡帕韋），在預(yù)防艾滋病毒（HIV）方面顯示出了100％的有效性。
《科學(xué)》認(rèn)為，該藥物的成功源于基礎(chǔ)研究的重大突破，即對(duì)其所靶向的HIV衣殼蛋白的結(jié)構(gòu)與功能有了全新的深入理解。鑒于許多病毒也擁有各自的衣殼蛋白，來那卡帕韋的成功應(yīng)用意味著，類似的衣殼抑制劑有望對(duì)抗其他病毒性疾病。
預(yù)計(jì)監(jiān)管部門最早到2025年中期才會(huì)批準(zhǔn)來那卡帕韋，其價(jià)格尚未公布，因此能否加速終結(jié)艾滋病的流行尚未可知。美國國家過敏和傳染病研究所所長(zhǎng)Jeanne Marrazzo提醒，來那卡帕韋不能替代疫苗。
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