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【海报】打赢“战疫”,向科学要答案、要方法!

来源:光明网2020-03-31 09:37

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【海报】打赢“战疫”,向科学要答案、要方法!

  习近平总书记强调,“人类同疾病较量最有力的武器就是科学技术,人类战胜大灾大疫离不开科学发展和技术创新”。历史和实践都充分证明,只有依靠科学技术,人类才能从根本上找到战胜疫病的有效途径和解决方案。

  疫情就是命令,防控就是责任。在疫情防控大战大考面前,在任务紧迫、时间紧急的生死关头,全国科技界和广大科研工作者按照“战时状态”要求,迅速行动起来,紧密协同,心无旁骛,攻坚克难,为保障人民群众的生命安全和身体健康争分夺秒,奋勇拼搏在疫情防控科研工作第一线。

  当前,打赢疫情防控人民战争、总体战、阻击战还需要付出艰苦努力。越是面对这种情况,越要坚持向科学要答案、要方法。光明网推出的“科技战疫”系列动画共八期,包括病毒中间宿主、疫苗研发、血浆疗法、干细胞治疗、单克隆抗体、药物研发等内容,从不同角度阐释战疫中科学技术的力量。

  (出品:光明网科普事业部 文字:求是网、光明网 海报设计:涂子怡)

【海报】打赢“战疫”,向科学要答案、要方法!

  2019年,一种名为新型冠状病毒引发的肺炎疫情,打乱了人类的生活节奏。

  病毒的自然宿主再次指向蝙蝠——自然界的移动病毒库。蝙蝠携带剧毒,但无法直接感染人类。可能通过中间宿主产生突变、传播并感染人类。

  竹鼠、果子狸、水貂、蛇、穿山甲……?谁是中间宿主,谁是“犯罪分子”?为什么科学家不尽快研发药物、疫苗,而是要找中间宿主?

  中间宿主承担着把自然宿主的病毒向人类身体细胞转移的作用,只有找到病毒的中间宿主,才是杜绝和预防病毒再次来袭的关键。

  怎么找中间宿主?

  筛。

  锁定病毒的来源,比如新型冠状病毒的重要来源 武汉华南海鲜市场,将兜售的野生动物进行依次检测,就有可能发现中间宿主。

  问。

  询问第一批确诊患者发病前吃了什么?根据他们的“菜单”进行检测、排查,是否存在此类病毒。

  比。

  把新型冠状病毒的基因组序列和已知的病毒序列数据库进行对比,寻找其相似性。

  猜。

  猜测哪种野生动物身上可能含有这种病毒,再进行检测。

  如果找到了,如何确定它就是中间宿主?

  在目标动物身上,分离到可繁殖复制的病毒;分离出的病毒能够在动物模型上显示致病性及病理特征等;再确认该病毒在感染传播链中的位置,是通过携带病毒的动物感染人,还是已经感染病毒的动物再感染人……

  然而,中间宿主可能情况多变,且具有不唯一性,科学家需要进行的研究也任重道远。我们普通人能做的,就是拒食野味。

  点击观看:科技战疫系列动画①新冠肺炎中间宿主之谜 为什么一定要找到它?

【海报】打赢“战疫”,向科学要答案、要方法!

  看,这就是最近搅乱人们生活的新型冠状病毒,无声无息之间,已广泛“融入”人类社会,但其“融入”方式,有些“非主流”,甚至令人不齿。

  这么说吧,病毒的繁殖方式就像“强盗抢劫”,对象就是宿主细胞。

  病毒的基本化学组成非常简单,主要包括核酸和蛋白质。其中核酸有两种,DNA 或者RNA,携带遗传信息。新型冠状病毒的遗传物质就是RNA。

  虽然病毒有繁殖所需的遗传物质,但是却不能独立完成这一过程。这就像是手握图纸,却没有工厂、工人、设备、原料。

  为了生存繁殖,病毒开始了自己的“强盗”行径。

  大多数病毒的“强盗”行径包括这样六个步骤:吸附、侵入、脱壳、生物合成、组装和释放。

  其中,吸附是决定成功与否的关键。这就像拿着钥匙开门,需要精准匹配。研究发现,新型冠状病毒就是通过其刺突蛋白与人类细胞ACE2蛋白的相互作用实现特异性吸附。

  病毒吸附细胞后,需要通过不同的方式侵入宿主细胞,包括注射式侵入、细胞内吞、膜融合等。新型冠状病毒具有包膜,可以与人体的细胞膜进行膜融合。

  接着病毒核心组分核酸从蛋白质衣壳内脱壳而出,游离并进入细胞。既然已经破门而入,“强盗”开始漏出真面目。

  病毒借助宿主细胞提供的原料、能量和场所合成核酸和蛋白质。在病毒进入宿主细胞到生物合成阶段,胞浆中无病毒颗粒,这段时间就是潜伏期。新型冠状病毒被认为极其狡猾,潜伏期长达14天。

  “原材料”生产之后,就在细胞核或细胞质内组装成核衣壳。绝大多数DNA病毒在细胞核内组装,像新型冠状病毒这类的RNA病毒则在细胞质内组装。

  等到大批量的病毒组装完成后,被感染的细胞土崩瓦解,释放出病毒颗粒,宿主细胞膜破坏,细胞迅即死亡。

  从单个病毒吸附开始至所有病毒释放,称为感染周期,病毒由此完成“抢劫”,实现繁殖,还把宿主细胞杀了,人也就病了。

  新型冠状病毒这类“强盗”的入侵并非不可防范,关键要做好防护措施,佩戴口罩,勤洗手,一起将其赶出人类社会。

  点击观看:科技战疫系列动画②揭秘新冠病毒繁殖的“强盗逻辑”

【海报】打赢“战疫”,向科学要答案、要方法!

  战“疫”进行时,疫苗研发进程亦备受瞩目。近日,世卫组织总干事谭德塞在日内瓦表示,目前全球共有20多种新冠肺炎疫苗正在研发阶段。在国内,科技部批复支持的5种疫苗也在紧锣密鼓地进行中。

  等等,为啥要同时研究这么多种疫苗?不同疫苗又是怎么发挥作用的?要回答这个问题,先来看看人体的免疫系统是怎样发挥作用的。

  能感染人体的病毒、细菌,叫做病原体,当病原体侵入我们的身体时,免疫系统会作出一系列的反应。巨噬细胞作为侦察兵,会首先发动攻击,并召集其它细胞一起对抗病原体,战争中,作战过程和病原体的模样都会被记录在案。当病原体再次袭击身体时,记忆细胞就可以迅速识别,精准打击,快速制敌。

  科学家模仿身体免疫系统的工作机制,研发了疫苗,通过把处理过的病原体,或更精准的抗原等注入人的身体,诱发免疫系统工作。常见的有5类:

  第一类是灭活疫苗,又叫死疫苗,病原体已经失去活性,如流行性脑膜炎、霍乱等灭活疫苗。采用灭活病毒作疫苗,安全性好且简便,但往往免疫原性差,效果不好。

  第二类是减毒活疫苗,由老弱病残版的病原体制成,如脊髓灰质炎疫苗,即我们俗称的“糖丸”。缺点是,因为它们是活的,有很大风险,不适和免疫力低下的人群。

  第三类是亚单位疫苗,由病原体的核心部分抗原制作而成,副作用较小。如乙肝疫苗、百日咳疫苗等。

  第四类是类毒素疫苗,是做了降毒处理的细菌毒素,主要对抗细菌性疾病。如破伤风疫苗、白喉疫苗。

  近年来,随着分子生物等技术的进步,基因工程疫苗如重组蛋白疫苗、mRNA疫苗、核酸疫苗等新型疫苗不断问世。科学家通过全基因测序技术,得到病毒的全场基因序列,安全性很高,但不稳定,在递送至细胞的过程中容易降解,其引起的免疫应答可能并所非期待的。如现在大家熟知的HPV疫苗就是重组疫苗。但不管是DNA疫苗还是mRNA疫苗,进入细胞都不容易,且需要合适的佐剂。

  各类疫苗各具特点、各有优劣。当下,科学家们都在快马加鞭,最终目标都是要开发出有效性、安全性符合要求的新冠疫苗产品。

  但疫苗的研发是一项系统工程,从实验室样品到上市,中间须历经疫苗试样制备、动物实验、临床前生产工艺研发、临床试验、有效性及安全性评价等诸多环节。

  疫苗急不来,也急不得。理解了疫苗的作用原理,你就知道,提高个人免疫力就是当下我们能做的最好防护。

  点击观看:科技战疫系列动画③疫苗研发为何要“兵分多路”作战?

【海报】打赢“战疫”,向科学要答案、要方法!

  血浆用于治疗新冠肺炎?是的,在缺乏特效药和疫苗的前提下,新冠肺炎康复者恢复期血浆疗法作为一种探索性尝试,已经取得比较好的效果。

  其实血浆疗法用于治疗传染病已有一百多年历史,近二十年,这一经典疗法在SARS、埃博拉和MERS等新发突发传染病的治疗中都取得一定疗效。

  那什么是血浆疗法?它又是如何在治疗新冠肺炎中奏效的呢?人体感染病毒后,自身免疫系统会产生抗体来抵抗病原。抗原是身体里做坏事的不法分子,可诱发免疫反应。而抗体是免疫系统经抗原刺激后,造出来的一种高性能、多用途的厉害武器。抗体一旦产生,就可以迅速识别和清除病毒。

  在将病毒消灭以后,血浆中的抗体会继续存活一段时间,巩固胜利成果。其中最具治疗价值的IgG抗体(抗体中分子量最小的一种)通常会持续存在8-12周或者更长时间。将康复者恢复期的血浆抗体输入患者体内,降低患者体内病毒含量,从而达到治疗预期,就叫血浆疗法,也叫被动免疫。

  步骤如下:

  第一步,利用全自动单采血浆机,采集血浆;

  第二步,血浆要进行核酸检测,确认不含病毒;

  第三步,经过5种消化系统病原、5种血源性病原(艾滋 梅毒 甲肝 乙肝 丙肝)和22种呼吸系统病原检测,确保血浆安全;

  第四步,通过病毒灭活工艺做最后把关;

  第五步,检测含有有效的中和抗体后输入患者体内。

  康复者血浆主要用于病情进展较快、重症、危重症新冠肺炎患者。一名重症患者的使用量在100~200ml,一个捐献者捐献200~400ml血浆平均可用于2-3位重症患者。

  任何治疗都有一定的风险,因为输入的是别人的血浆,存在过敏和其他不确定因素,但在重症患者的救治上,血浆疗法是一个必要的选择,它的风险远远小于获益。

  点击观看:科技战疫系列动画④“古老”的血浆疗法能否“出奇制胜”?

【海报】打赢“战疫”,向科学要答案、要方法!

  人类同疾病较量最有力的武器就是科学技术。

  自新冠疫情发生以来,我国的科研攻关组专门设立了疫苗研发专班,沿着五条技术路线稳步推进疫苗攻关工作。

  疫苗的作用原理,是通过模拟感染提高人体对入侵病毒的免疫力。道理简单,诞生却不容易。

  一支疫苗的诞生,最少要经过四个阶段:

  第一步,从患者身体中提取病毒样本。

  第二步,分离病毒,制成疫苗。

  这一步,传统疫苗是挑选最合适的病毒经过灭活、减毒等处理制成疫苗;而核酸和病毒载体类疫苗则通过对病毒基因测序,找到关键靶点,将蛋白或它的某一部分制成候选疫苗。

  第三步,动物实验,又分为两步,首先为试验动物注射疫苗并进行观察、抽血检测,评估疫苗的安全性和有效性;过关后,还要做动物保护试验,用活病毒攻击注射了疫苗的动物,并观察这些动物是否会被感染。

  第四步,在确保工艺可控、质量稳定及安全有效后,可向国家药品监督管理部门申请开展临床试验。

  临床试验总共三期,一期主要考察疫苗在人体里的安全性,一般受试者几十至百例;二期考察有效性,检测疫苗能否刺激白细胞产生抗体,受试者在几百到上千例;三期采用的随机、盲法、安慰剂对照设计,在更大的人群中全面评估有效性和安全性。

  完成上述四个阶段,疫苗才可以申请生产许可证,经过国家审批、批量生产、抽样检查等程序才能正式生产上市。

  在这场与新冠病毒的赛跑中,科研人员开足马力,五条技术路线稳步推进,目前,多种疫苗的研究已经进展到动物实验阶段,部分疫苗有望在4月进入临床研究或应急使用。

  点击观看:科技战疫系列动画⑤一支疫苗诞生要闯几道关?

【海报】打赢“战疫”,向科学要答案、要方法!

  在新冠肺炎临床一线的救治中,科研攻关组运用了很多先进治疗方式,带有“修复”“更新”等光环的干细胞治疗就是其中一种。

  干细胞是一类具有自我复制和分化能力的多潜能细胞,在一定条件下,干细胞能够多向分化为组织细胞,替代衰老死亡的细胞。此外,还能够分泌生长因子、细胞因子,调节提升机体的整体活力,例如促进血管生成及细胞增殖分化、抑制炎症反应等。

  干细胞治疗传染病及并发症在临床上早有应用。如在H7N9禽流感治疗中,就取得了不错效果。

  在新冠肺炎患者的救治中,科学家发现,真正导致患者病情恶化甚至死亡的原因,是病毒感染过度激活人体免疫系统,即引发“炎症风暴”,导致肺部出现炎性组织损伤,肺部的气体交换功能受损。重症患者还有可能出现呼吸衰竭的状况,患上呼吸窘迫综合征。

  干细胞具有的更新、分化、修复、再生等特点,使其在修复新冠肺炎患者的肺损伤方面,被寄予厚望。

  其实,每个人体内都保留着一定数量的干细胞。对抗急性肺炎,主要依赖的就是一种名为支气管基底层细胞的肺干细胞。当肺部出现大规模损伤时,支气管基底层细胞便会向受损的肺泡部位迁移,筑成一道“屏障”,一方面阻挡免疫炎症细胞的攻击,另一方面也会逐渐分化形成新的肺泡。

  科学家希望通过外源补充肺干细胞的方式保护和修复肺部。

  现阶段,用于治疗新冠肺炎研究的干细胞主要包括3类:间充质干细胞、肺干细胞和胚胎干细胞。

  肺干细胞可直接定向分化成肺脏功能细胞,而胚胎干细胞也可通过相应的诱导方式达到上述目的。间充质干细胞虽不能诱导形成肺功能细胞,但可通过分泌若干免疫调节因子发挥潜在效用。

  三者在临床中总体可归结为控制炎症、修复受损两方面作用。

  先进的干细胞技术为人类攻克新冠肺炎创造了一种选择,但还需要一定时间进行严格的研究和评估,只有证实其安全有效后,才能真正广泛用于抗疫前线。

  点击观看:科技战疫系列动画⑥干细胞如何启动“修复技能包”?

【海报】打赢“战疫”,向科学要答案、要方法!

  人类同疾病较量最有力的武器就是科学技术,最终战胜疫情,关键要靠科技。在临床一线的救治中,运用了很多先进治疗方式,单克隆抗体便是其中一种。那么,什么是单克隆抗体呢?首先,需要先了解一下抗体。

  抗体是机体的免疫系统在抗原刺激下,由B淋巴细胞分化成的浆细胞所产生的、可与相应抗原发生特异性结合反应的免疫球蛋白。然而,每个B淋巴细胞株只能产生一种专有的、针对一种特异性抗原决定簇的单克隆抗体。

  比如,新冠病毒就是抗原,可以刺激人体免疫系统产生多种特异性抗体。这些特异性抗体都是“一根筋”,可以攻击特定靶点,就像是具有精确制导功能,可以对病毒等病原体进行定点清除,所以也被称为“生物导弹”。

  1890年人类第一次利用血清注射治疗疾病获得成功,后来研究发现其有效成分为抗体,1986年美国食品药品监督管理局批准第一个治疗性单克隆抗体药物。在这项技术的发展历程中,单克隆抗体药物的来源经历了鼠源性、嵌合、人源化和全人源单克隆抗体四个阶段,安全性逐步提升。

  对于新型肺炎的治疗,可以利用最新技术,实现对恢复期病人血液中少量有中和作用、特异性的记忆B细胞进行抗体基因克隆后,获得单克隆抗体。这种有中和抗体功能的单克隆抗体,完全是人源的,可以在临床上用于感染患者的救治。最重要的是,单克隆抗体理论上是可以充足供应的,不受原料来源限制,容易实现规模化生产,能够满足大量患者的治疗需求。

  比如,纳入新冠肺炎诊疗方案第七版的托珠单抗,虽然是一种“老药”,但是对诱发炎症因子风暴的白介素6有特异性阻断作用,治疗危重症患者的效果明显。期待有更多单克隆抗体药物可以成为科学战疫的“杀手锏”。

  点击观看:科技战疫系列动画⑦单克隆抗体如何“精确制导”清除病毒?

【海报】打赢“战疫”,向科学要答案、要方法!

  战胜新冠病毒,关键要靠科学技术。快速研发或找到对抗新冠肺炎的特效药,正是当下众之所望。

  但新药研发是一项投入大、耗时长,而且对科研技术具有极大挑战的工程,从研发到上市,一般要经过药物发现、临床前研究、临床试验和上市后应用研究四个阶段。

  药物发现是新药研发的开始,具有浓厚的科研探索性质。首先要明确药物的作用靶点,有的放矢。接着要找到能够对靶点起作用的武器,也就是候选化合物,试验有效的,就会被制成候选药物。之后还要在蛋白、细胞、组织等非生命体上进行一系列体外实验。

  药物临床前研究阶段,试验将转到动物的体内进行,确定药物的安全性,是最为复杂的环节,同时也是承上启下的关键阶段。

  第三步,临床试验将在人体中进行,分为三期,主要评估药物的安全性、药效和给药量等。Ⅰ期临床试验对象为健康志愿者,观察人体对于新药的耐受程度和药代动力学;Ⅱ期初步评价药物对目标适应证患者的治疗作用和安全性;Ⅲ期是治疗作用确证阶段,评价利益与风险关。

  药物经审批上市后,还需要做上市后应用研究,即第4期临床试验,考察在广泛使用条件下药物的疗效和不良反应,改进给药剂量等。

  四个阶段下来,新药研发妥妥一场马拉松。根据美国药品研究和制造商协会的研究,实验室发现5000~10000种候选药物,只有250种可以进入临床前研究阶段,其中只有5种可以进入到后续的临床试验,最终只有1种能够被美国食品药品监督管理局批准上市。

  相比之下,“老药新用”是当下相对快速的一种研发策略。老药的安全性、耐受性等都已得到比较充分的研究,我们需要研究的主要是它们抗新冠肺炎的疗效,所以大大缩短了研发周期。

  当前,新冠肺炎的药物研发,我国已经开启了所有的绿色通道,各种各样的行政环节全部在向治疗救治病人开放,但正如周琪院士所言,科学的事情含糊不得,科学不能降低标准,无论是老药还是新药,确保药物的安全性和有效性没有捷径可走。

  点击观看:科技战疫系列动画⑧药物研发“马拉松”有没有捷径?

[ 责编:肖春芳 ]
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