封面介绍
组织工程技术近年来发展迅速，封面图片展示了该领域的最新研究进展。特别是，外泌体研究取得了重大进展，为再生医学带来了新技术。如上图所示，外泌体进入软骨细胞，促进软骨细胞损伤和修复（红色为干细胞外泌体，蓝色为软骨细胞核，绿色为软骨细胞骨架）。底部图像描述了神经脱细胞基质；研究人员首次揭示了细胞基质奇妙而复杂的生物微纳结构。
由于其独特的优势，包括微创性和相对临床安全性，光疗被认为是一种有前途的癌症治疗方法。然而，光疗的治疗效果往往受到光穿透深度有限和光疗剂靶向作用低的限制。光响应纳米材料的出现为实现增强的光疗效力提供了一种可能的方法。本文综述了光响应纳米材料在癌症治疗中的生物医学应用进展，包括光热疗法（PTT）、光动力疗法（PDT）、光响应分子递送和光控联合疗法。还讨论了未来的前景。本文旨在论证光响应纳米材料在癌症治疗中的重要性，并为扩大光疗的应用提供策略。
本文讨论总结了影响细胞微环境的诸多因素，这是细胞生物学、生物材料、组织工程和再生医学领域的核心话题之一。细胞的微环境不仅包括细胞周围的可溶性因子和其他细胞，还包括细胞外基质和参与组织工程或再生过程中的任何生物材料。文中就生物材料相关的细胞微环境进行综述，主要从六个方面进行了梳理和介绍，分别为：材料的化学成分、材料的尺寸和结构、材料控制的细胞几何形状、材料的电荷对细胞的影响、材料基体刚度和生物力学微环境、材料的表面改性。
脊髓损伤(SCI)对个人的生活来说是一种灾难性的疾病。脊髓受损后会破坏脑-脊髓神经元环路，导致相关功能的缺失。SCI的发病过程是一个渐进的、复杂的过程。很多临床试验尝试促进SCI后神经再生和功能恢复，但效果并不理想。近年来，随着转录组测序和生物材料的发展，研究者一直在努力探索新型高效的SCI治疗方法。本文从损伤微环境、神经环路和生物材料支架等方面综述了近年来SCI修复的最新进展，并展望SCI治疗的未来发展方向，包括靶向-microRNA治疗、血管干预以及多种方法联合治疗策略。总之，本文旨在为该领域的研究提供新见解，并为SCI的治疗铺平道路。
大尺寸装载器械可为移植的自体或异体细胞提供免疫豁免环境而被广泛应用于细胞疗法。大尺寸装载器械可为细胞提供力学及理化条件支持，维持细胞的增殖，提升细胞的治疗功能。包括膜控释放系统、水凝胶、微针阵列贴片和3D支架等在内的大尺寸装载器械在维持细胞长期生存和加强其治疗功能方面已经展现出优异的实验室和临床前治疗效果。最近，本领域的研究重点是将这些器械的应用扩展到新的细胞疗法，如用于嵌合抗原受体(CAR)-T细胞递送和心血管疾病治疗，以及探索新的材料、构建方法和工作原理用以提高细胞治疗效果和延长治疗时间。本文中，我们综述了与改善大尺寸装载器械性能及推进其临床应用相关的创新性平台、方法及转化成果。此外，本文对该领域存在的机遇和挑战进行了总结和展望。
关节软骨是位于关节骨表面的一种无血管且富有弹性的结缔组织。软骨损伤常出现于年轻人和经常从事体育活动的人的膝盖中，由于缺乏合适的基于组织工程的人工基质，目前针对软骨损伤的治疗，特别是对于全层软骨缺损和骨-软骨界面的治疗方式，依旧无法充分替代或再生受损的软骨。随着关节软骨组织工程研发的飞速进展，功能化水凝胶因其自身良好的生物力学性能、含水量、膨胀系数、细胞相容性、生物可降解性和润滑能力，而逐渐涌现成为富有前景的软骨基质替代物。功能化水凝胶可以被合理的设计和根据其理化性能被便捷的调整来模拟软骨的胞外基质。本综述先简要介绍了关节软骨的组成、结构、功能以及关节软骨损伤，然后全面回顾了功能化水凝胶用于关节软骨修复的各种精细的（生物）设计和（生物）制造方法。最后，我们总结了基于功能化水凝胶的关节软骨组织工程策略在体内外实验中所遭遇到的一些困难和挑战，同时为未来临床转化指明了方向。
COVID-19席卷全球，世界各地感染人数激增；在这种情况下，许多国家采取了一系列严格的非药物干预措施，使得确诊病例增长速度有所放缓。然而，部分国家随后逐步放松防控，导致2020年7月下旬病例数突增，引起全球密切关注。本研究评估了2020年1月至2021年2月全球各个国家和地区的COVID-19大流行情况。我们计算了每个国家或地区的时依再生数[R(t)]，结果表明，世界上几乎一半的国家和地区从未控制过疫情。在曾经控制住疫情的国家和地区中，近一半未能维持疫情防控，导致全球疫情出现反弹，其中一半国家或地区反弹疫情规模比第一波更大。本研究还提出并使用时依的国家级传播风险评分(CTRS)，考虑到R(t)和每天的新增病例，以展示国家或地区一级的传播潜力和趋势。利用时依CTRS进行时依层次聚类，成功发现了促使2020年最后一个季度和2021年初全球COVID-19大流行加剧的国家和地区，并提示近期内COVID-19传播风险增加的国家和地区。此外，回归分析表明，实施和放松包括关闭工作场所和居家隔离在内的非药物干预措施，可能与最近的全球COVID-19传播变化有关。总而言之，对过去一年全球COVID-19大流行进行的系统评估表明，世界目前处于一种未曾设想的状况，各国在第一波疫情中吸取的教训有限。总结经验教训有助于制定有效的公共应对措施，以遏制全球未来的COVID-19疫情浪潮。
多数新冠病毒肺炎 (COVID-19) 研究主要侧重于研究患者在二级和三级医院内部、从普通病房到重症监护室的转移。在进行集中隔离的无症状患者或仅有轻度-中度症状的患者中，有关转变为重型新冠肺炎的预测因素还知之甚少。通过使用多变量竞争性风险生存分析方法，我们在入住武汉最大集中隔离点的患者中，发现了转变为重型新冠肺炎（而非康复）的几个重要预测因素，时间为 2020 年 2 月 6 日（隔离点开放之日）至 2020 年 3 月 9 日（隔离点关闭之日）。入住武汉集中隔离点的所有患者均为无症状或有轻度-中度新冠肺炎症状的患者。我们根据对该隔离中心内所有新冠肺炎患者 (n = 1753) 进行的一项队列研究得出的事件发生时间数据，执行了竞争性风险生存分析。我们考察的潜在预测因素是在入住该隔离中心时采集的常规患者数据、年龄、性别、呼吸症状、胃肠道症状、普通症状和计算机断层（CT）扫描表现。主要结果是从无症状或轻度-中度新冠肺炎症状到发生重型新冠肺炎或康复的时间。转变为重型新冠肺炎的预测因素是：男性性别[风险比 (HR) = 1.29, 95% 置信区间 (95%CI) 1.04–1.58，p = 0.018]、低龄和高龄、呼吸困难 (HR = 1.58，95%CI 1.24–2.01，p < 0.001) 以及毛玻璃样浑浊 (HR = 1.39，95%CI 1.04–1.86，p = 0.024) 和浸润影 (HR = 1.84，95%CI 1.22– 2.78，p = 0.004) 的 CT 表现。在有恶心和呕吐 (HR = 0.53，95%CI 0.30–0.96，p = 0.036) 以及头痛 (HR = 0.54，95%CI 0.29–0.99, p = 0.046) 的患者中，发现疾病出现进展的风险较低。我们的研究结果表明，即使是在资源匮乏的环境中，也有几种容易测量的因素（呼吸困难、性别和年龄）可用于识别疾病进展风险增高的轻型新冠肺炎患者。观察毛玻璃样浑浊和浸润影的 CT 表现可能是一个可负担的选项，可用于支持富资源型环境中的患者分检决策。常见的和非特异性的症状（头痛、恶心和呕吐）有可能导致识别出病情相对不太可能恶化的新冠肺炎患者，并随后进行集中隔离。应当根据该证据制定未来的公共卫生和临床指导意见，以提高无症状的或有轻度-重度症状的新冠肺炎患者的筛查、分检和监测。
2020年至今，新型冠状病毒SARS-CoV-2已经在全球大流行。新冠疫苗被寄于厚望用以减轻防控压力，成为解决疫情危机的有效手段之一。SARS-CoV-2通过S蛋白受体结合区RBD与宿主细胞ACE2受体结合侵染机体。本文提供了一种利用新型糖基工程毕赤酵母表达系统，制备基于S蛋白RBD重组亚单位候选疫苗的方法。该糖基工程酵母的糖基化修饰途径经过人源化改造后，具有类似于哺乳动物细胞糖基化修饰特点。研究发现，RBD候选疫苗可以有效地诱导小鼠产生高滴度的抗RBD特异性抗体，含Al(OH)3和CpG双佐剂的RBD免疫组小鼠产生的特异性抗体滴度和病毒中和抗体滴度显著地高于Al(OH)3单佐剂组，且中和抗体可以在小鼠体内持续6个月以上。综上所述，本文利用糖基工程酵母制备了SARS-CoV-2 S蛋白RBD糖蛋白疫苗，该疫苗能够诱导小鼠产生高滴度中和抗体，同时提供了一种可制备具有无岩藻糖的复杂型N-糖基化修饰重组蛋白的方法。
软性生物材料具有良好的可变形性、生物降解性、生物相容性、高生物活性和低抗原性等特点，因此在生物医学领域有着巨大应用潜力。作为一种容纳多样化材料组件并产生组合功能的载体，多组分软性生物材料吸引了众多科学家的注意。微流控技术能够在微米级别精确操纵多相流体，它已成为制备复杂结构和成分的多组分材料的优异工具。近年来，在多组分软性生物材料的微流控制造方面取得了很大进展。这些材料拥有精心设计的物理化学特性，能够实现可控药物递送、三维细胞培养、可穿戴柔性电子设备的构建以及生物传感等等。在本文中，我们总结了基于微流控制备的多组分软性生物材料的最新进展，并介绍它们在生物医学领域的应用。同时，我们提供了对该领域现存挑战和未来趋势的总结与展望。
相较于形成大气泡的传统圆柱形气升式生物反应器(CCAB)，我们实验室开发了新型矩形动态膜气升式生物反应器(RDMAB)通过产生微小气泡增强体积氧传质系数(kLa)和气含率，进而改善生物反应过程。此次研究，我们比较了CCAB和RDMAB的传质、气含率以及发酵合成RNA的分批和连续过程，并建立微生物生长、底物利用和RNA合成的非结构化动力学模型。分批发酵过程，RDMAB的生物量、RNA产量和底物利用率均高于CCAB，表明动态膜曝气微小气泡形成高的kLa，更利于好氧发酵。RDMAB的连续发酵起始时间比CCAB提前20 h，显著改善了生物过程。连续发酵过程，维持相同的溶解氧水平和恒定的稀释率，RDMAB的生物量和RNA浓度分别比CCAB高9.71%和11.15%。保持相同通气量，连续发酵RDMAB的稀释率比CCAB高16.7%。总之，RDMAB更适合于连续发酵过程，开发气升式生物反应器的新型曝气和几何结构以提高kLa和气含率，对强化生物反应过程变得越来越重要。
真空开关技术的发展尽管已有一百余年历史，然而近年来新技术的出现对未来输配电系统发展具有显著影响。首先，对于《京都议定书》认定的最强温室效应气体——SF6，真空开关相比SF6气体开关具有天然环保的技术特点，其在输电系统的应用可大幅降低SF6温室效应气体用量。其次，相比于现有其他交流故障电流开断技术，真空开关可实现故障电流的快速开断。目前，采用电磁斥力机构驱动的快速真空断路器，可将交流短路故障电流的开断时间，由其他常规开断技术所需的三个短路电流周波缩短至短路电流的首半波内，达到理论开断时间极限，对电网暂态运行稳定性的增强、超特高压线路输送容量的提升、输电走廊利用率的提高等具有显著意义。第三，现阶段基于快速真空开关技术的输配电设备，在直流断路器、故障电流限制、电能质量改善、发电机断路器等技术领域已获得应用，在电力系统稳定运行、节能降耗等方面，取得了显著经济社会收益。此外，借助快速真空开关合分闸时间分散性低的特点，电力系统可实现开关的精准相控操作，大幅降低系统电磁暂态冲击，实现电能传输与控制的平稳过渡。相控快速真空开关技术有望改变未来电力系统的“基因”。
随着多重耐药革兰阴性菌（如鲍曼不动杆菌、肺炎克雷伯菌和大肠埃希菌等）的出现，人类正在面临着巨大且日益严重的全球威胁。多黏菌素B和E（黏菌素）是治疗多重耐药革兰阴性菌的最后一线药物。多黏菌素是一种阳离子抗菌肽，能破坏革兰阴性菌的外膜。然而，随着多黏菌素临床应用的日益增多，有关多黏菌素耐药革兰阴性菌的报道也越来越多。多黏菌素耐药机制主要是通过脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）的修饰或完全丧失介导的。LPS也是革兰阴性菌的毒力因子，LPS的改变可能与细菌的毒力有关。尽管人们普遍认为获得耐药性会使细菌产生适应性代价，当抗生素选择压力降低时，与耐药相关的适应性代价可能使耐药菌难以与敏感菌竞争，从而很快从群体中被清除。但如果菌株在获得耐药性的同时，适应性和毒力增强将会导致耐药菌株的广泛传播，造成巨大的临床损失。目前一些研究发现，与敏感菌相比，多黏菌素耐药菌具有更高的毒力和更强的适应性。为了预测多黏菌素耐药性的发展并评估缓解多黏菌素耐药性的干预措施，了解多黏菌素耐药菌株与敏感菌株之间的相对生物成本，本文将总结阐述多黏菌素耐药机制对鲍曼不动杆菌、肺炎克雷伯菌和大肠埃希菌毒力和适应性的影响。
在生物、医学领域，靶向分型技术是检测已知变异位点的有效方法。然而，在非模式生物上，如何高效、低 成本地进行大规模靶向位点分型仍然是一大挑战。为了解决这一问题，本文提出了一种基于液相分子杂 交的超高通量HD-Marker技术，该方法可在单管内实现全基因库中86 000个位点的同时靶向分析。与以 往的Illumina GoldenGate技术和低通量HD-Marker技术相比，单管内分析位点的数目分别提升了27倍和6倍。本研究对多种量级的HD-Marker技术（30 k、56 k和86 k）进行了综合评价，结果显示所有量级均具 有较高的捕获率（约96%）和基因分型准确率（约96%）。因在成本（单位点分型成本低至0.0006美元）和 技术灵活性等方面的优势，超高通量的HD-Marker技术在非模式生物的遗传、生态和进化研究中具有广 阔的应用潜力。
由外伤、手术、先天性畸形和其他因素导致的骨缺损是当今最常见的健康问题之一。尽管自体骨移植和同种异体骨移植等策略是目前促进骨再生最成功的治疗方法，但仍存在移植物来源有限和并发症等局限性。Smartbone®是一种异种复合植骨材料（由牛骨基质、聚L-乳酸-己内酯和明胶制成），具有良好的临床骨再生效果。在这项研究中，我们研究了使用不同来源的明胶（牛和猪来源）制备的异种复合植骨材料（分别命名为SBN和SPK），并在体外和体内评估了其生物学效应。结果表明，来自牛和猪的明胶都可以成功且安全负载于Smartbone®上，并且能够承受苛刻制备过程。SBN和SPK在体外显示出不同的成骨细胞效应。SBN可促进人成骨细胞的骨钙蛋白分泌，而SPK可上调骨桥蛋白的表达。在体内实验中，两种植骨材料都促进了成骨，但SPK比SBN更早降解。我们的研究结果表明，SBN和SPK为优化骨修复植入物的吸收和再生平衡提供了不同的解决方案，这些异种复合植骨材料具有应用于骨缺损修复领域的巨大潜力。
奇台射电望远镜（QTT）的口径为110 m，计划成为世界上最大的全可动望远镜。理想情况下，望远镜的重复指向精度误差应小于2.5 角秒（arcsec）；因此，望远镜的结构必须满足超高精度的要求。为此，本文提出了一种轮轨表面的逆向设计方法，用以降低望远镜整体设计与制造的难度。首先，本文使用偏度系数和峰度系数方法验证了轮轨误差测试数据的分布特征。根据这些分布特征，采用了双尺度模型仿真分析了方位轮轨误差。在本文的实验中，长周期、小幅度的误差以大尺度为特征，采用三角函数描述，短周期、大幅度的误差以小尺度为特征，利用分形函数来模拟。本文首先基于双尺度模型，推导了误差对指向精度的影响机理；其次，推导了轮轨误差的均方根（RMS）与望远镜指向精度误差均方根之间的关系；最后，从容许的指向精度误差来推导出轮轨误差容许的RMS值。为了验证所提新方法的有效性，选择了两种典型的射电天文望远镜[绿岸望远镜（GBT）和大型毫米波望远镜（LMT）]作为实验实例。通过对比发现，望远镜指向精度的理论计算值与实测值基本一致，最大误差小于10%。