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第二輪主題研究計劃獲資助之研究項目摘要

主題1:促進健康
項目名稱:基因組差異影響退化性骨骼疾病的個人風險的功能性研究
項目統籌人:謝賞恩教授(港大)

摘要
椎間盤退化症(IDD)可引致腰背痛,並因而在世界各地造成殘障和痛楚。IDD是同時受到環境與遺傳因素影響的複雜性衰老病,因為椎間盤的機械強度及其緩衝外力撞擊的能力的降低和隨之產生的結構病變而引致殘障。我們對IDD的病理知之甚寥,因此阻礙了新療法的研制。目前已經了解,椎間盤的髓核結構中的所有各類細胞,均來源於共同的脊索前體細胞。罹患IDD與髓核中出現脊索樣細胞的負相關性,提示脊索樣細胞的持續出現可能對椎間盤具有保護作用。然而我們對從脊索細胞產生髓核各類細胞的過程及其調控機制仍很不了解。IDD的可遺傳性估計高達74%,但目前已經發現的只有很少一部分的遺傳風險因子。我們和其他研究團隊已經發現3至5個基因為IDD的中度風險因子,但仍有更多有待繼續發現。我們面臨的挑戰就是要確定與IDD有關的遺傳因子的功能。基因組的差異究竟如何影響IDD的風險、發生、嚴重程度及進程?我們假設,影響基因及蛋白質調控的差異可能決定IDD的發生、發展及嚴重程度,而在此過程中維持髓核細胞的功能至關重要。

我們擁有由蜚聲國際的臨床醫師及基礎研究學者組成的多學科團隊,並已在以往的合作研究中取得令人矚目的成就。在本項研究中我們將揭示人類及小鼠椎間盤的基因組生物學原理,並利用我們過去十年在香港所累積的世界上最大型之一的樣本庫(cohort)來回答前述的重要問題。這一樣本庫有3500例,均具備完整的DNA樣本、脊柱核磁共振成像圖、個人及臨床資料。我們的目標是闡明由胚胎脊索細胞發育分化為成體髓核各類成熟細胞以後又在IDD中出現退化的過程。我們將從長期縱向追蹤研究中取得、分析並整合有關數據,以便確定退化的人類髓核細胞內基因表達調控的改變,並發現罕有的基因差異。我們將闡明維持髓核細胞的關鍵因子,建立方法將多能幹細胞分化成髓核細胞並將其擴充與維持,以及進行椎間盤細胞的功能測試。

通過本項研究,我們將深化有關椎間盤退化的系統生物學知識,了解維持椎間盤健康的信號傳導通路,評估有關遺傳風險因子對IDD的實際影響,並揭示基因型與表型的關係及其預後價值。進一步將有關知識與臨床及環境因子結合,我們將可預測IDD的個人風險,從而提高疾病防治的水平。IDD無藥可治,而目前的細胞療法則面臨重大障礙。本項研究的長期應用還包括根據個人的遺傳風險輔助設計和改善細胞療法及其他非侵入性的治療方案,保護健康的椎間盤免於退化,延緩或逆轉椎間盤退化過程。


主題1:促進健康
項目名稱:神經系統疾病的幹細胞研究策略
項目統籌人:葉玉如教授(科大)

摘要
當前我們迫切需要能夠有效緩解神經系統疾病的治療方法。由於缺少有效的新療法以及現有療法的局限性,神經系統疾病對患者、家庭以及整個社會經濟都帶來了巨大的影響和挑戰。而全球老齡化的加劇也使得這一情況迅速惡化。與很多發達國家或地區一樣,香港也將面對一個不堪重負的醫療體系。因此,我們非常有必要建立重點研究計劃以促進我們對神經系統的認識並探索針對神經系統疾病的新療法。

再生醫學是一個新興的、活躍的並迅速增長的研究領域。最近很多突破性研究表明,發展以神經幹細胞為基礎的有效治療方案來替換腦內死亡/受損的細胞或者誘導腦內細胞的自我修復是一項很有前景的治療策略。然而在開發出任何有效的臨床治療方案之前,我們很有必要清楚地瞭解在神經幹細胞的形成和分化過程中,各種信號分子以及內在和外在因素之間錯綜複雜的關係。

本項目旨在通過基礎研究和轉化研究這兩種互補的研究手段,為基於神經幹細胞的再生治療方案的發展提供重要依據。在基礎研究方面,我們將首先研究神經系統的形成,即新的腦細胞產生過程中的調控機制。利用胚胎神經細胞形成作為模式系統,我們將揭示調節神經幹細胞增殖和分化之間的平衡機制,尤其是神經系統形成過程中細胞不對稱分裂這一產生新神經元的關鍵過程的分子基礎。我們還將研究新生神經元分化、成熟以及最終整合到神經網絡的內在調控機理。在鑑定了新的信號分子或信號傳導途徑之後,我們會在細胞和動物模型中檢測它們的治療潛力。在轉化研究方面,我們將利用本團隊在以傳統中藥為基礎的藥物開發方面的優勢,運用新的提取方法以及專有的細胞和動物實驗模型,鑒定具有神經活性的新分子或中藥組分。我們的團隊已經成功從中藥中獲得了多種具有神經活性的先導化合物,因此本項目的策略不僅可行而且前景廣闊。

本項目將為發展有效治療神經系統疾病的新手段奠定基礎,有助於提高全球衆多患者的生活質量。本項目的研究工作也將促進尖端科研技術的開發,為青年科學家提供培訓機會,同時也會加強香港、內地和海外科研機構之間的合作。本項目還將展示香港本地傑出的科研能力、完善的基礎設施以及經驗豐富的科研人才,以此來推動香港生物醫藥產業的發展,加強香港在神經再生醫學前沿領域的地位。


主題2:建設可持續發展的環境
項目名稱:「可持續」照明技術: 從模塊到系統
項目統籌人:許樹源教授(港大)

摘要
一般而言,"環境建築"是指人類生活的環境和一切基礎設施。前者是指家居、樓宇、社區以至城市。後者是由建築物內的空調至大型網絡,如道路網絡和街道照明系統。而可持續發展是基於在可承受能力下,提倡物料循環使用,減少浪費和節能。

照明系統消耗約兩成的全球電力,而它的控制電路是電子廢物的主要來源之一。近年來隨著LED技術的革命性發展,目前市場上新一代LED器件的發光效率和壽命得到顯著提高,預計未來將替代能源效率較低的白熾燈和汞基熒光燈。LED技術實際上包括四個範疇,(1) LED器件,(2) LED驅動器,(3) 電源控制及,(4) 照明燈具的散熱設計技術。雖然LED已經成功地應用在裝飾,信號顯示和標牌應用,但是仍有若干因素制約其在通用照明領域的廣泛應用。與不斷發展的LED器件相比,目前權威研究指出LED技術在通用照明領域的應用瓶頸為"系統"相關技術。 LED"系統"壽命並不是由單一LED器件壽命(一般八萬小時)決定,而是取決於"系統"中驅動器的電解電容壽命(一般八千小時)。 LED "系統" 應用瓶頸已經成為當前極待解決的技術。這問題引起LED廠商的廣泛關注,並於2012年2月在IEEE電力電子應用會議上展開對LED系統可靠性相關問題的研究討論。

此項提案是關於照明系統的"可持續發展"(適用於建築和城市大型基礎設施,如道路照明),而這部分消耗了全球兩成電力。傳統 "Energy Star"重點只在節能降耗的概念,而本項目提倡的"Sustainable Lighting Technology"有三項開創性新原則: (1)節能,(2)產品壽命長和(3)產品物料可循環使用。此提案強調"如果在很短的產品壽命週期內產生大量的有害電子廢物,將意味著節能技術是不一定環保"。本項目是一個新型通用LED系統理論,此理論適用於由不同類型器件組成的固態照明系統。通過將LED器件理論拓展至系統級模型,新型的LED系統不僅具有高能源效率高發光效率,並且壽命超過十年和八成以上產品物料可回收循環使用等優點。本項目將集中研究"系統集成化方案",包括(1)新型白光LED器件結構和製造工藝,(2)新型無源和有源LED驅動器和控制技術包括電力和色彩調節,(3) 電流平均技術,(4) 新型器件幾何分佈和熱設計, (5) 新一代自冷散熱器,從而可使未來的LED系統可滿足三項可持續發展要求。

此項目預計會引起理論與工程實踐的突破。本項目的成果包括(1)一種新型通用適用於內部由不同類型器件組成的固態照明系統理論,(2)可改善散熱效果的新型LED器件結構,(3)具有長壽命和適用於不同規格LED的驅動器,(4)新的設計方法和工具,進而優化新一代的高效能及可持續發展的照明系統,(5)可以取代傳統"Energy Star"概念的新型"Sustainable Lighting Technology"的原則,並達到大幅降低全球電子廢物的目的。本項目產生的顯著經濟效益將覆蓋香港主要照明研究中心和中國南方地區上千間的LED產品製造商。除了上述對工業界產生的經濟效益外,本項目也包括對香港研究人員和學生的培訓。


主題2:建設可持續發展的環境
項目名稱:低本高效、綠色環保的LED晶片系統
項目統籌人:劉紀美教授(科大)

摘要
2011年8月,香港政府在總結過去幾年海外經驗的基礎上,推出了一項關於限制出售能源效率低的白熾燈泡的公眾調查(www.enb.gov.hk/bulbs_consult.html)。該調查在2011年11月份結束之前,獲得了積極的回應。按照每度電收費1港幣估算,香港政府每年可以減少用電量高達3.9億度,或者說可以節省3.9億港元的電費,並減少273,000噸的碳排放量。香港政府應該為建設一個可持續發展的環境而做出積極的動作。目前如果全面禁止白熾燈泡的話,螢光燈(CFL)會成為節能燈(EELB)的選擇之一。另外一個選擇則是目前正在全世界範圍內取得革命性發展的固態照明(SSL)。我們應該在香港和全世界範圍內為推動固態照明的發展貢獻自己的一份力量---通過器件製備技術和封裝技術的創新來提高LED的效率。我們在本項LED片上系統(SOC)中所提出的嵌入式積體電路可以顯著地提高LED照明設備的效率,並且拓寬了LED的應用範圍。因此,我們的技術將大大加快LED照明產品在全世界範圍內的普及速度。我們將培養新一代的科學研究人員,並且將會催生出新型的企業,以促進香港向知識型經濟的轉型。

智慧財產權的價值-經過幾十年的研究和開發,LED性能已經取得了突破性的提高(實驗室LED效能> 200流明/W,商業LED效能>100流明/W)。然而由於初始成本較高的原因,目前LED照明產品仍然未能為公眾所完全接受。並且和汞蒸汽節能燈相比,LED的天然優勢-無汞無污染的特性目前並未能完全為公眾所認識。另外,目前市場上充斥著很多安全係數不高的LED產品。這些性能低劣的產品也降低了LED產品在公眾心目中的形象。從技術上講,氮化鎵基的LED器件具有效率高,壽命長,技術成熟等天然優勢,從而成為固態照明產品的不二之選。目前LED的狀況很像20世紀50年代的電晶體。大部分LED晶片單獨封裝,或者組合封裝作為一個光源。散熱,光學和驅動的設計會大大影響LED的發光效率,從而影響LED產品的性能。我們的目標之一,就是要克服這個問題。利用LED照明和矽基積體電路組合成為一個優化設計的智慧照明系統,並且降低了系統的外形尺寸並且大大降低了製造成本。

世界級的研發團隊-我們過去與世界著名的材料和器件科學家進行合作研發,有著非常成功的經驗。通過把世界上LED以及積體電路設計方面的專家團結到一起,我們提出了一套跨學科的科研專案,特別要解決「介面技術」方面的難題,從而實現我們的使命。


主題3:加強香港作為地區及國際商業中心的策略性地位
項目名稱:提升香港全球競爭能力,打造世界一流金融中心
項目統籌人:Professor Douglas W Arner(港大)

摘要
在20世紀末,香港已成為世界上主要的國際金融中心。金融業是香港發展未來的核心產業,然而現時不論是在中國或全球,金融業正面臨著前所未有的挑戰。在中國經濟發展的大環境下,持續的經濟改革和金融發展過程中造就了許多機會予香港的經濟發展,但在同一時間給香港作為中國與全球金融體系主要中介人的傳統角色帶來了重要的問題。同時,全球和歐洲的金融危機引起了探討有關根本的金融制度問題,包括匯率制度、中國在全球金融發展的位置、人民幣在未來的角色及香港在其中的作用。香港基本法第109條反映金融中心對香港經濟的重要性和核心性,要求香港特別行政區政府「提供適當的經濟和法律環境,以保持香港的國際金融中心地位」。但是,當局目前尚未採取全方位的方式履行這一義務,或考慮其戰略意義和實際價值。因此,本研究項目將建立一支包含世界經濟/金融、地理、法律以及國際關係的國際專家團隊,不僅將分析維持及提升香港作為國際金融中心的基本元素,但也重點討論香港在中國正進行的金融自由化和經濟發展中的角色和作用。