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二○一六/一七年度主題研究計劃(第六輪)獲資助之研究項目摘要

主題1: 促進健康
項目名稱: 血漿脫氧核糖核酸作為癌症檢測的平台
項目統籌人: 盧煜明教授(中大)

摘要

癌症是香港的第一號殺手。早期癌症測試方法有可能大大改善我們去治療這致命疾病的能力。現今在腫瘤學的研究中,其中一個最炙手可熱的研究領域就是分析血漿內存在的腫瘤DNA,一般人稱這種研究做「液態活組織檢查」。我們的團隊在這研究領域是全球其中一個領先的團隊。這研究項目是延續研究資助局主題研究計劃(TRS)項目編號(T12-404/11)的研究框架和成果而設計的。在過去五年期間,項目團隊成功地開發出一系列創新性的全基因組技術,用以偵測在血漿內與癌症有關連的分子變化。我們的團隊更招募了二萬名志願人士,參加一項運用血漿DNA去篩查鼻咽癌的研究。這項研究提供了極有力的證據,證明運用血漿DNA分析有助於早期的癌症偵測。而在這剛被資助的項目中,我們希望可以發展和優化我們的技術,從而研發出敏感度更高、特異性更強、及針對多種癌症類型的無創性檢測。建基於以往研究項目的基礎,我們將研究幾種在香港常見的癌症,包括:肝癌、直腸癌、鼻咽癌、前列腺癌、淋巴癌和白血病。


主題1: 促進健康
項目名稱: 了解肝癌腫瘤的幹細胞特性:從調節機制到轉化應用
項目統籌人: 吳呂愛蓮教授(港大)

摘要
肝癌(肝細胞癌)是一種常見的惡性腫瘤。由於乙型肝炎的流行,肝癌在東南亞和中國(包括香港)非常普遍。近年來,肝癌的發病率在西方國家也急劇增加。肝癌具有侵略性,癌症轉移特別常見,而且手術切除後復發率非常高。

一如其他癌症,在肝癌腫瘤中存在一種能夠自我更新及維持腫瘤發展的癌細胞,稱為癌幹細胞(cancer stem cells, CSCs)。這些肝癌幹細胞對常規化療或放射治療具有耐藥性,能夠在化療過程中維持腫瘤生長并導致腫瘤復發。因此,消滅這些肝癌幹細胞或許可以治癒或控制肝癌。我們在以往的研究中發現並確定了許多全新的肝癌幹細胞標記物,同時提供了可靠的證據,表明擁有這些標記物的肝癌幹細胞具有自我更新和腫瘤發展的能力,並且具有高度致瘤性、轉移性,以及化療或放射治療耐藥性。這些特性都與腫瘤復發息息相關。值得注意的是,我們有證據顯示,抗體可以選擇性阻斷這些標記物,從而有效地針對肝癌幹細胞並抑制腫瘤生長。所以我們需要重新思考現今治療腫瘤的方法,不僅著眼於消除快速分裂的腫瘤細胞,同時也應針對具有自我更新和腫瘤惡化能力的癌幹細胞。因此,消滅癌幹細胞被認為是治愈癌症的一個關鍵。

在本研究計劃中,我們認為進一步了解肝癌幹細胞的調控機理及針對肝癌幹細胞,可能會為肝癌患者提供新的治療機會。在此,我們將全面識別在不同肝癌幹細胞亞群中的共通分子途徑,同時研究其調控肝癌幹細胞特性的分子機理, 從而為選擇性阻斷肝癌幹細胞的功能提供目標 / 靶點。另外, 我們計劃使用新的單細胞轉錄組測序技術,去分析目前仍然未知的肝癌幹細胞譜系分層結構和生物學特徵。另一方面,由於癌細胞處身於一個獨特的微環境,研究腫瘤微環境因素對肝癌幹細胞的調控,有可能發現新的癌症幹細胞調控機理。為此,我們計劃深入了解腫瘤滲入淋巴細胞和基質細胞,維持腫瘤幹細胞特性的機理。與此同時,我們將探討利用免疫療法對付肝癌幹細胞的可行性。除了剖析肝癌幹細胞的基本機理,我們亦殷切希望我們的研究結果,可以轉化成針對肝癌幹細胞的嶄新臨床前研究。在研究過程中,我們將繼續努力培育有志於癌症幹細胞和癌症生物學研究的青年科學家,以及教育公眾有關癌症的知識。


主題1: 促進健康
項目名稱: 胃癌基因組學與發展:以病人活組織培養三維類器官細胞團作整合性基因組分析、藥物敏感測定、細胞生物學及動物模型研究
項目統籌人: 梁雪兒教授(港大)

摘要
胃癌是全世界癌症死亡率排名第三的癌症,在中國內地和香港都有很高的發病率。由於胃癌的死亡率高, 研發新的治療方法有重大的迫切性。我們實驗室的組織庫儲存了超過1000名胃癌患者腫瘤的組織,並收集了全面的臨床、 預後、病理及分子生物學的分析資料,並在製藥企業的研究基金支持下,建立了大規模的多維胃癌基因組學數據庫。 此數據庫儲存了超過400名本地患者的全基因組和外顯子組測序數據,基因和microRNA表達數據,DNA基因分型陣列數據, 以及基因甲基化數據。至今這是世界上最大規模的胃癌基因組學研究之一。 我們對這些數據的初步分析已經發現了多個新的胃癌驅動基因,並且發現胃癌可分為幾種亞型, 各有不同的胃癌驅動基因組合,(Nat Genet 2011; Nat Genet 2014)。 現時的挑戰在於了解每個獨特的組合如何促進癌症的發展及了解其獨特賴以生存的途徑,從而轉化為治療的機遇。 朝著這目標邁進,我們已成功地從胃癌患者的正常胃壁細胞及癌細胞培養出三維類器官細胞團,涵蓋各分子亞型, 並使用CRISPR創建胃癌驅動基因突變組合,及進行藥敏測試。我們已建立跨學科的研究團隊, 成員包括本地臨床醫生和科學家及國際知名專家,涵蓋生物學和生物信息學。我們將會1) 逐步從正常胃壁細胞團創建代表不同胃癌分子亞型的驅動基因突變組合,從而了解基因組合的功能及對藥物的反應; 2)對具有相應癌驅動基因突變組合的胃癌細胞團作藥物的敏感性測試; 3)使用活細胞成像, 系統生物學及我們新開發的CombiGEM-CRISPR技術作基因組合功能分析, 尋找胃癌細胞的弱點, 信號通路的失調,癌幹細胞的表型和抗藥機制; 4)深入研究瀰漫型胃癌RHO信號通路的失調及發展新的動物模式; 5)制定綜合基因組分析方法,以確定新的癌症驅動途徑和預測新的藥物靶點,反饋至 1)進行測試。總體而言, 這研究將通過深入理解癌驅動基因突變組合功能而加快胃癌治療的發展, 運用基因組將患者分類作精準醫療和為藥物重新定位,為開發新藥發掘新的驅動基因和途徑作標靶。 胃三維類器官細胞團生物庫將吸引全球資金和合作夥伴。 本項目將培訓新一代具有跨學科學術知識及研究技能的科學家和臨床醫生,共同邁向基因組學時代的最前列。


主題2: 建設可持續發展的環境
項目名稱: 香港及鄰近海域富營養化,缺氧及生態後果的診斷和預測:物理-生物地球化學-污染耦合研究
項目統籌人: 甘劍平教授(科大)

摘要

沿海水體富營養化通常由過量的營養鹽輸入並在適合的物理及生化環境中刺激浮游植物大量繁殖而引起。富營養化可導致有害藻華(赤潮)和缺氧(這些海域也被稱為“死亡區域”),這兩者都會對生態系統造成極大威脅。近幾十年來,沿海水體富營養化一直是一個嚴峻的全球性問題,但由於其中牽涉到的科學與社會問題錯綜複雜,人們至今尚未找到有效的解決方案。

香港周邊海域也深受持續惡化的富營養化困擾,並因此導致赤潮頻發、缺氧區不斷擴大等生態災難,過去十年間通過耗資巨大的“淨化海港計劃 ”所取得的環境改善也可能得而復失。

香港水體中的富營養化及缺氧主要由珠江和本地日益增多的營養鹽、有機污染物等排放所導致。香港周邊海域被複雜多變並相互影響的“徑流-河口-陸架”水體圍繞,營養鹽輸運、生態系統響應、富營養化以及缺氧受到複雜的物理-生物-化學過程調控。然而直至今日,這些關鍵過程並未得到系統性的調查研究。針對富營養化的成因、後果及內在的物理-生物化學過程和機理進行全方位研究分析對減輕富營養化、缺氧及相關生態災難至關重要,對香港乃至全球海洋環境保護都極具科學意義。

該研究的學術價值主要在於:我們以全球到局部的視角,應用世界領先的多學科交叉現場觀測和計算機數值模擬技術,對香港周邊“徑流-河口-陸架”水體中的耦合物理-生物-化學過程進行全面的研究分析,對富營養化和缺氧問題進行診斷分析和預測。我們將會開發一套新型海洋現場監測系統,採用現時最尖端的現場測量技術,在香港周邊海域進行跨學科的大面走航和時間序列觀測,在此基礎上,我們還將開發一套新型耦合物理-生物地球化學-污染電腦數值模擬系統。

我們的終極目標是揭示控制香港海域富營養化和缺氧的內在機制,並為穩定乃至減輕富營養化和缺氧、確保香港海洋環境總體可持續發展提供分析工具和科學策略。本研究計劃主要涵蓋以下4個相互關聯的主題:(1)營養鹽的源匯機制及相關生物地球化學過程;(2)生態系統動力學和生物調控機理;(3)污染物質及其對生態系統的影響;(4)物理控制,集成及未來變化趨勢預測。


主題2: 建設可持續發展的環境
項目名稱: 高效濃縮分離和污泥精煉協同新技術實現城市水污染控制和資源回收
項目統籌人: 李曉岩教授(港大)

摘要

隨著經濟社會的發展,水污染問題日益嚴重,香港、中國大陸以及世界很多地區的自然環境都承受著越來越大的污染壓力。傳統的污水處理技術沿用至今已超過半個世紀,難以應對當今工業化和城鎮化所帶來的不斷增加的污染負荷。作為一個典型的超大城市,擁有七百萬人口的香港每日產生兩百多萬噸的污水。去除污水中的污染物不僅困難且成本很高(處理每噸污水約需港幣三元),同時還會產生大量的污泥(每處理一千噸污水約產生一噸的剩餘污泥)。污水處理所產生的剩餘污泥,以及城市廚餘垃圾等有機廢物,由於其產量大、處置困難,已成為大型城市最棘手的環境問題之一,威脅城市的生態環境和人體健康。

另一方面,作為污水中主要的污染物,有機物和營養物質(氮和磷)也是寶貴的資源,應該加以回收利用而不是隨剩餘污泥棄置浪費。香港目前大部分污水僅得到一級處理,有必要提升至二級生物處理的水準,以加強水環境的保護。本項目提出了一項全新的技術,即高效濃縮分離和污泥精煉(ESSR)協同新技術,以物質分離和資源回收為手段,實現高效的污水處理和廚餘垃圾處置。項目主要包含以下三個內容:
(一)化學強化膜過濾(CeMF)技術取代傳統的初級沉澱,高效去除污染物,結合側流污泥和廚餘垃圾的聯合酸化發酵(sACF)實現磷資源的回收和有機碳的利用,用於生物脫氮和生產有機酸和生物塑膠;
(二)剩餘污泥的熱水解處理及後續真菌發酵(SHFR)實現污泥減量化和資源回收,生產高增值產品,包括氨水、酒精、生物纖維等;
(三)高效濃縮分離和污泥精煉協同新技術一體化和試點示範,強化營養物的去除,降低能耗和污泥產量,實現資源回收,並為出水水質作環境評估。

該技術的研發將幫助解決大型城市污泥和廚餘垃圾的處理問題,同時實現資源的有效回收,將污水處理由尾端淨化轉變為資源回收和開發。此外,本項新技術可順利配合現有污水處理的基本系統,以單元模塊的形式直接添加到所需處理階段,方便實現處理設施的升級換代,在污水處理的同時進行資源回收和污泥減量,在香港、中國大陸和世界其他地區實現可持續的水污染控制。


主題4: 促進對香港起重要作用的新興研究及創新項目
項目名稱: 用於太赫茲光譜和成像的小型化系統設計
項目統籌人: 陳志豪教授(城大)

摘要

按世界衛生組織的估計,全球每年因誤食污染食物而致病的人口高達 6 億,當中約42萬人死亡。 在大中華地區,數年前在中國大陸發生的毒奶粉事件和近期臺灣的地溝油事件之後,食品安全成為全民關注的焦點。 在藥品安全領域中亦存在著相關的問題,如2015年震驚全臺灣的藥品添加工業原料碳酸鎂的事件。當前,食品、藥品以及保健品的安全問題已為醫療保健系統帶來沉重的壓力,亦在社會經濟及民生健康的發展上造成了一定程度的阻礙。

太赫茲是一種電磁波,其頻率界乎於微波和紅外線之間,用途非常廣泛。 例如,太赫茲波的水分子高敏感度能有效地區分身體內的正常組織和癌變組織。另外,因植物油脂和動物油脂對太赫茲輻射的折射係數和吸收速率均隨頻率和溫度的增加呈現不同的變化,太赫茲波還可精確地區分油脂種類。太赫茲技術在日常生活中的應用層面廣泛,如檢測奶粉中的三聚氰胺、食物中的抗生素、蔬菜中的農藥殘留、以及食品或藥物中的外來物質等。

鑒於太赫茲技術廣闊的應用前景,國內外的研究機構已開展太赫茲技術的研發工作。 但在缺乏高經濟效益的太赫茲信號源以及造價昂貴的測試設備的情況下,太赫茲的研究和應用有著很高的入門門檻。 因此,假若能夠成功研發小型化、低成本的太赫茲成像與波譜系統,不但可大力地推動太赫茲技術的研究和應用,更可解決一些迫在眉睫的社會問題。 本專案旨在研發小型的太赫茲系統,具體包括小型、高效的太赫茲源和檢測器,太赫茲高速波束掃描器件和相關的信號處理以及圖像顯示技術。 與此同時,專案團隊將利用實驗室已建設的太赫茲設備以開展生物醫學成像、化學光譜學和圖像顯示技術的研究工作。 專案團隊由多個跨學科的國內外知名專家、教授和學者組成。 我們深信,透過團隊的共同努力,研發太赫茲系統及技術不僅可促進高解析度生物醫學成像,檢測高附加值材料以及食品安全等領域的發展,還可為香港、大中華區,乃致全世界的經濟發展做出貢獻。

專案預期成果包括:
- 小型化的太赫茲成像與光譜學系統
- 化學與生物化合物的太赫茲波譜資料庫
- 與太赫茲系統相關的基礎技術研究成果,並發表在國際知名期刊上


主題4: 促進對香港起重要作用的新興研究及創新項目
項目名稱: 數碼世代公民素養的學習和評估
項目統籌人: 羅陸慧英教授(港大)

摘要

這研究項目重點開發用以幫助兒童和青少年發展成為數碼公民的學習和評估工具。它有四個組成部分:(1)辨識和構建數碼公民素養的關鍵範疇、指標和評估工具,以建立7至22歲兒童至青少年在此方面的發展里程碑;(2)開發在線角色扮演模擬遊戲平台,用以促進和評估兩個關鍵數碼公民素養能力:資訊素養與協同解難;(3)以海量電子學習和評估數據為基礎,研發推動數碼公民素養的教學理論和設計原則;(4)辨識促進或阻礙數碼公民素養發展的家庭和學校因素。

長久以來,人們都認為掌握了3R(閱讀,寫作和算術)便具有足以應付在社會上生活的基本技能。然而,數碼技術的出現,不僅加速了社會、經濟、政治和文化變革的步伐,同時也壓縮了時空距離。社交媒體、社交網絡技術和數碼移動技術的普及化已經改變了人們的工作和休閒生活,並為我們的福祉帶來了新的可能性和新的挑戰。為了確保能夠有效參與社交和工作,以及有關個人和社會利益的事情,21世紀公民需要具備(1)數碼資訊素養(包括流暢利用數碼技術、新媒體素養和網絡安全的能力); (2)合作解難的能力(包括利用批判性思維、創造力、協作和溝通能力,解決現實生活遇到的問題); (3)自我調節; (4)承擔風險的意願。我們假設這四種能力是 數碼公民素養的標誌。

雖然我們不難可以找到建基於研究結果,適用於不同時年齡段的3R課程、教學法和評估基準,有關數碼公民素養的研究卻非常匱乏。本項目將有助於我們理解數碼公民素養差異背後的因素,以及家庭和學校因素對其發展的影響。我們還會提供一個網上電子學習、數據收集和評估的平台,推動數碼公民素養研究的持續發展。協作解難(CPS)是數碼公民素養的關鍵能力;為此重點,我們會開發一個在線嚴肅遊戲的門戶網站,為評估及研究CPS的有效學習設計兩個目標服務。