主題 1: 促進健康
項目名稱: 多學科協作以解決高毒性和多耐藥肺炎克雷伯菌對全球公共衞生的威脅
項目統籌者: 陳聲教授（城大）

摘要

革蘭陰性的肺炎克雷伯病原菌，在過去的二十年經歷不斷進化，演變出多種高耐藥和高毒力的變異株。在這些變異株中，一種集多重耐藥和超強毒力於一身的高毒力高耐藥肺炎克雷伯菌引起國內外特別的關注。目前，肺炎克雷伯菌已成為醫院中最常見的致病菌，也是血流感染的最常見病原菌，在全球不同國家所致的感染死亡率高達40%。然而，這種傳統病原體的新變種所帶來的威脅尚未被廣泛認知。深入研究這種臨床重要的病原菌的持續進化趨勢、傳播動力學和致病機制對於制定有效的干預策略以預防高毒性高耐藥肺炎克雷伯菌的大流行至關重要。為此，我們擬採用全面、多學科的研究方法來研究這種病原菌不同表型特徵的遺傳機制，獲得可以區分高危和低危肺炎克雷伯菌的有效分子診斷方法，並開發新的治療方案以應對高耐藥高毒力肺炎克雷伯菌感染。作為一個在國際上得到高度認可的肺炎克雷伯菌研究團隊，在HMRF、GRF、CRF和RIF的資助下，我們首次完成全中國的耐碳青黴烯類肺炎克雷伯菌分子流行病學監測，報導了首例ST23型高毒力的耐碳青黴烯類肺炎克雷伯菌，首次發現ST11 型高毒力耐碳青黴烯類肺炎克雷伯菌，並首次報導了一個可以即刻提高肺炎克雷伯菌毒力的可接合轉移的毒力質粒。此外，我們已建立了一個囊括7 000 株臨床菌株的菌庫，並發現了多種在體外和體內均表現出高效消滅肺炎克雷伯菌的新型先導化合物。主題研究計劃的支持對於這一戰略性研究計劃的順利實施，制定有效阻止高致病性和高耐藥性肺炎克雷伯菌的全球傳播的策略和保障人類健康必不可少。

主題 1: 促進健康
項目名稱: 通過闡明關鍵機制及轉化研究成果以提高肝癌的臨床診斷和治療策略
項目統籌者: 吳呂愛蓮教授（港大）

摘要

肝細胞癌 (HCC)是世界上最常見的惡性腫瘤之一，並在香港地區高度流行。肝細胞癌是一種具有侵襲能力的惡性癌症，患者通常在晚期確診，因此無法接受手術治療。免疫療法和靶向療法適用於晚期腫瘤患者，但目前尚停留在“一刀切”的基礎上，不能做到精準治療，所以極需探尋HCC機理的關鍵決定因子和生物標誌物來指導治療以改善患者預後。為了解決這個問題，我們將採用多管齊下的方法，包括三個不同但彼此高度相聯的計劃。首先，我們將確定免疫檢查點抑製劑(ICI)治療的有效性對於提高手術可切除性方面的功效，並結合最先進的研究技術和方法(包括空間轉錄組學在內的多種測序技術)來描繪基因組、分子和細胞的景觀圖譜，以確定免疫治療反應的潛在機制。然後，我們將使用基因編輯小鼠模型進行體內建模來進行臨床前評估、功能驗證和機理表徵，以精確再現不同的遺傳背景，尤其是在前一個項目中已經確定的關鍵致病遺傳改變。這將能夠促使進行策略性臨床前測試、剖析影響 ICI 治療反應的基因突變以及表觀遺傳改變的機制。最後，我們將使用特異的游離DNA和通過外泌體分析得到血液生物標誌物來評估治療有效性。我們的目標是轉化在不同臨床疾病階段的生物標誌物，並通過前瞻性多時間點隨訪以明確治療效果並跟踪HCC進展和復發情況。此外，我們將採用蛋白水解靶向嵌合體(PROTAC)技術平台降解HCC中的特定蛋白質靶標，以開發有效的靶向治療方案。我們的往績成果－我們團隊在肝癌方面擁有長期和豐富的經驗：肝癌幹細胞、癌症幹細胞、基因組分析、臨床管理、新的香港 HCC 分期系統和臨床試驗，還建立了包括單細胞轉錄組學、基因編輯小鼠模型、全基因組CRISPR / Cas9敲除模型、基因靶點和外泌體的綜合功能表徵等各種前沿技術平台。臨床樣本－我們收集了包含數千個血液和冷凍組織樣本的龐大、註釋良好的生物庫，並建立了源自患者的 HCC 腫瘤異種移植物。這些專業知識、尖端技術和寶貴的臨床資源使我們的研究工作達到了肝癌研究的國際領先水平，也為此研究計劃奠定了堅實的基礎。影響－本項目將為基於循證臨床轉化和應用提供精準的治療策略，以提高肝癌患者的診斷和治療結果。這將有助於提升患者的健康、減輕患者經濟負擔，並減少社會醫療保健費用。本項目的順利實施將進一步將香港打造成肝癌研究的國際樞紐。

主題 1: 促進健康
項目名稱: 研究鼻咽癌腫瘤微環境的特徵
項目統籌者: 關新元教授（港大）

摘要

鼻咽癌是華南地區包括香港常見的惡性腫瘤之一，相關研究在香港具有策略重要性。根據我們最新的隨機臨床試驗，顯示即使進行了目前最好的放、化療治療，仍有逾30%的患者會復發。轉移、復發和耐藥性仍然是鼻咽癌臨床治療的主要挑戰。對於復發或轉移的患者，免疫療法和化學藥物相結合療法已是目前最有效的一種治療手段。儘管腫瘤組織中有大量淋巴細胞浸潤，只有兩至三成的鼻咽癌患者對 PD-1 抑製劑有良好反應。此外，由於缺乏用於藥物評估和患者分層的可靠臨床前模型，絕大多數抗腫瘤靶向藥物對鼻咽癌無明顯療效。因此我們急需解開這個最困難的謎團，研發更精準、更有效的臨床治療。我們的研究目標包括：一、透過多種組學分析技術，以單細胞測序和空間轉錄組測序技描繪鼻咽癌細胞的景觀圖譜。建立類器官、人源化小鼠模型、多重免疫組化等技術平台，尋找抑制免疫作用的關鍵因素。二、將進一步研究單細胞測序揭示的重要發現，包括 CD70 介導的免疫抑制、鼻咽癌腫瘤浸潤的 T 細胞功能衰竭和免疫抑制的分子機制。透過生物信息學，應用單細胞測序揭示腫瘤微環境內細胞間互動，尋找影響免疫療法的基因與靶點。此外，全基因組 CRISPR / Cas9 敲除 / 抑制篩選將用於識別更多參與鼻咽癌腫瘤中 PDL1 調控的基因和機制；三、研發新的鼻咽癌治療藥物，建立精準預測鼻咽癌患者對免疫治療反應的模型，建立包含人工智能深度學習模型，用於預測鼻咽癌腫瘤對 PD-1 / PDL-1 檢查點抑製劑的反應，研究周邊免疫治療對治療在復發性 / 轉移性鼻咽癌腫瘤中使用檢查點抑製劑的反應，並測試免疫治療與化療和靶向治療在鼻咽癌中的聯合應用。透過精準預測鼻咽癌患者的病情演進及對免疫治療反應，我們的研究成果定能推進鼻咽癌的個人化策略及精準治療，以更高的功效、更低的毒性和成本拯救更多生命。

主題 2: 建設可持續發展的環境
項目名稱: 邁向碳中和：催化H₂O和CO₂為綠色資源載體
項目統籌者: 郭正曉教授（港大）

摘要

為了避免災難性的氣候變化以及安全維護「 能源、食品、水和物料」的資源體系，加速實現凈零碳(CO₂)排放是科學界、也是全人類所面臨的一項緊迫而複雜的挑戰和任務。如果未來真有一個「萬能之策」，那也許就是「水-碳經濟」：以「氫氣-二氧化碳(H₂-CO₂) 」為主體，通過科學調控「氫-碳-氧(氮) 」原子間化學作用，能有效地實現以上資源的相互轉換和分配。大自然其實在這方面做的很好，但面對人類不斷增長的需求，已經摩頂放踵，力有不逮。因此，本項目旨在香港建立一個由多學科融合組成的「綠色資源科創中心」，以氫氣和甲醇為初始目標產物，開發有效的技術經濟策略，推動綠色資源的製備和技術創新轉化。利用可再生太陽能／風能或多餘的錯峰電能將不分晝夜的驅動水(海水)和溫室氣體CO₂的光／電化學轉換，以提高系統效率。項目任務擬通過五個相互交叉的工作單元(WP)進行：有機結合深度學習、計算模擬和實驗方法來探索分子催化反應機制，設計構建 H₂O和CO₂電解槽和光反應器的新納米結構及其反應的微環境(WP1,2)；使用本征、原位和工況等分析技術評估新型催化劑體系和轉化裝置的性能(WP3)。這些技術將集成形成具體的技術模型，以演示新技術的實用潛力(WP4)。本項目還將為綠色資源技術的未來拓展，從公眾認知-技術特色-經濟效益的角度來分析，模擬預測技術未來的拓展模式和影響力，以及對香港2050年碳中和目標的具體意義和貢獻(WP5.1)。多向互通的項目管理架構將關切各方合作者的進展，增加宣傳和知識交流來促進項目進程(WP5.2)。項目將實現三個關鍵效益：一、深入了解在光／電作用下，H₂和CO₂有效轉換的催化結構特徵，及其對最終產物的選擇性；二、整合綠色資源載體轉化技術和有效電催化劑和光催化劑；三、展示綠色資源轉化裝置模塊(H₂O和CO₂電解槽和光反應器)，使其靈活適用於多種場景技術。我們有顧問委員會監察項目進度，以確保科學、技術和社會-科技-經濟(STEP)效益的高質量、高速度發展，為香港帶來影響。

主題 2: 建設可持續發展的環境
項目名稱: 剖析空氣污染與公共健康之關係以實現變革性的空氣質素管理
項目統籌者: 李向東教授（理大）

摘要

對人群健康造成威脅的空氣污染中，以微細懸浮粒子(PM_2.5)危害最大。PM_2.5可侵入人體肺部深處及人體其他器官，每年室外PM_2.5污染導致全球數百萬人過早死亡，令全球經濟損失約2,250億美元的勞動力收入。包括香港環境保護署在內的許多監管機構均以世界衛生組織發布的PM_2.5總質量濃度指導值為參考，制定當地的標準，以保護公眾健康。然而，越來越多的證據表明，在不同時間不同地點吸入相同質量濃度的PM_2.5可引致程度不一的健康後果。PM_2.5是成分複雜、來源廣泛的混合物，並非所有PM_2.5成分和來源都對空氣質素造成相同程度的危害。因此，優先控制與健康危害直接相關的PM_2.5成分及其來源，應該是更為有效的政策選項。而確定PM_2.5的關鍵有害成分及其來源是一項懸而未決的科學挑戰。得益於環境毒理學和分子流行病學的近期發展，這一瓶頸有望可以實現突破。在現有PM_2.5全球監測網絡的支持下，本項目團隊將選擇代表不同自然條件和社會經濟發展狀況的若干城市，揭示PM_2.5誘導慢性阻塞性肺病和缺血性心臟病發作的PM_2.5有害成分及其來源，並評估針對PM_2.5有害成分來源的控制策略與針對質量濃度的傳統策略相比的收益與成本，為特定城市、地區或國家提出因地制宜的空氣質素管理方案，更經濟、更有效地保障公眾健康。

主題 3: 加強香港作為地區及國際商業中心的策略地位
項目名稱: 大灣區跨境物流樞紐互動智聯網研究
項目統籌者: 黃國全教授（港大）

摘要

物流智聯網(Physical Internet-PI)的基本構思是在互聯網實時聊天平台上收發短信一樣收發物件，歐洲在這方面付出了很大的努力。如果實現，物流服務的提供和消費方式將發生巨大變化，正如電子郵件改變了郵局的角色和人們使用郵政服務的方式一樣。大灣區具有優良的交通基礎設施，香港、廣州和深圳具備世界一流的土地、海運港口、國際機場、高鐵及跨境貨櫃車運輸網絡，將鄰近城巿緊密聯繫。這些都激勵我們在大灣區進行物流智聯網研究。本項目提倡元聯網（Cyber-Physical Internet (CPI)）四大支柱的創新研究：第一個支柱是數字化架構以實現元聯網物流系統；第二個支柱是網絡服務以制定、配置及運作隨插即用部件；第三個支柱是夥伴關係協議；第四個支柱是對實時物流規劃及執行的決策應用。元聯網的願景是像在互聯網實時聊天平台上收發短信一樣收發物件。大灣區經濟一直以出口製造業為主。原材料進口和成品出口均以海外市場為起點和終點，並通過多種模式的高效率物流樞紐實現了良好的互聯互通。然而，在包括香港在內的許多發達經濟體的再工業化戰略下，全球製造業最近經歷了重大重組。國家「十四五規劃」推動雙循環的發展模式。大灣區須由世界工廠轉型，以切合國家及世界的需要，Covid-19疫情亦史無前例地推動了這種轉變。全球和地方層面的社交距離措施導致物流業務大規模中斷。人們被迫在家工作和使用網上購物，因而對優質電商物流服務的需求大增。但是港口運營中斷、客運航班取消以及貨物進出港延誤等問題極大地限制了物流量，並在碼頭和港口造成了嚴重的堵塞。在這兩年內，世界貨櫃運價指數增長了五倍多，空運指數增長了一倍多。元聯網有助於建立疫情後的新常態，同時實現物流復甦和二氧化碳排放目標。我們聚集了一支由具有互補專業知識的世界領先研究人員組成的多學科團隊，以尋找創新元聯網所需的基礎研究問題和技術挑戰的答案。本項目得到香港、大灣區以及世界各地多個物流協會和公司的支持和參與。

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: 智能醫療及擴展現實研究所
項目統籌者: 王平安教授（中大）

摘要

近年來技術創新為提高醫學診斷、治療、教育和醫療服務水平等提供了諸多新方法和新思路，令服務越趨嚴謹及精準。其中，人工智能(AI)和擴展現實(XR)發展尤為迅速，促使醫學相關領域發生著巨大變革。XR是指所有由計算機技術和可穿戴設備產生的真實和虛擬結合的環境和人機交互。進一步融合AI和XR技術對實現新一代精準醫療至關重要。然而，將AI / XR融入醫學圖像計算和計算機輔助介入手術在實際臨床應用中仍然面臨多方面挑戰。本項目旨在成立「智能醫療及擴展現實研究所」，通過開發尖端技術以攻克當前技術難點，在香港建立世界領先的涵蓋疾病篩查、診斷、治療和預後管理的一站式醫療服務新系統。具體而言，本項目將解決以下主要挑戰和重要問題：一、智能醫學圖像分析如何幫助實現精準醫療？二、如何利用智能化擴展現實技術，實現以人為中心的臨床數據分析新方式？三、如何借助直觀的智能化交互系統方便醫生為患者提供更精準的醫療服務？本項目將針對以上問題開發一系列創新解決方案：一、開發先進的醫學圖像分析技術以實現智能化個性化診斷；二、開發AI-XR交互和虛擬手術技術以實現下一代醫學可視化、評估、協調治療、精準規劃、手術培訓和教育；三、開發AI-AR輔助手術技術以實踐動態醫學信息分析和實時術中圖像導航；四、集成以上新方法於多功能一體化平台，並在肝癌和腎癌兩個重要臨床應用下（包括診斷、治療、預後管理和醫療培訓）進行全面驗證。本項目研究團隊具有豐富的醫工交叉學科研究經驗且優勢互補，我們將基於長期成果顯著的合作基礎上，共同推動人工智能和擴展現實技術在醫療領域的創新研究和應用。

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: 阻變式存儲器上的邊緣人工智能芯片
項目統籌者: 黃毅副教授（港大）

摘要

在過去十年，機器學習(ML)和人工智能(AI)的空前發展催生了一個新的智能生活時代。麥肯錫近年一項關於人工智能硬件的研究指出，在包括中央處理器(CPU)、圖形處理器(GPU)、現場可程式化邏輯閘陣列(FPGA)和特定應用積體電路(ASIC，又稱電路晶片或是芯片)這四大硬體平台中，預計到2025年人工智能芯片將佔所有人工智能解決方案的五至七成。雅虎財經也有相應的預測，從2021到2025年，人工智能芯片市場將增長734.9億美元。人工智能的核心是深度學習和深度神經網絡，由於其不斷增長的複雜性和規模，這些網絡的布置難度亦帶來了新的挑戰。這與最新的人工智能趨勢形成鮮明對比，即把各種人工智能任務部署到資源有限的邊緣端硬體(即終端或使用者端)。傳統的馮‧紐曼計算架構進一步使這種棘手的情況更加顯而易見，由於記憶體和處理元件之間大量資料的相互傳輸，該體系結構正面臨和受制於功率和傳輸延遲而引致的樽頸。
為了支持最先進的神經架構的發展，並實現低功耗、高速的邊緣人工智能，我們需要從現代電晶體工藝尺寸上「量的擴展」中跳出來，並探索微電子實現器件上一種創新的「質的轉變」。因此，本專案提出利用下一代微電子憶阻器實現存內計算，其中阻變式隨機存取記憶體(ReRAM)因其低功耗、高可靠性和可編式電阻值等特性和優勢而脫穎而出，極之適合採用在邊緣人工智能的實踐上。
我們的專案代號為ReRACE (ReRAM AI Chips on the Edge)。此項目匯集了一支強大的隊伍來應對和克服各種技術挑戰。具體而言，項目旨在實現一套完整的「設備–電路」和「系統–應用」架構，當中則利用ReRAM器件陣列進行超低功耗和高速的邊緣人工智能計算。ReRACE的成果將為下一代邊緣人工智能芯片提供一個多功能的解決方案。其鮮明的特點是存內計算，以及能源效率指標比現有的馮‧紐曼計算架構提高幾個量級。ReRACE的成功來自於其團隊的組建，該團隊由世界一流的領域專家組成，涵蓋了ReRAM設備–電路層和系統–應用層，並進一步得到了業界和香港最新的先進微電子基礎設施的支持。總而言之，ReRACE項目的啟動非常及時，不但具有很高的學術研究價值和實用果效，還可以促進香港成為下一代邊緣人工智能芯片的區域中心，為香港的長期微電子研發培養人才，並為香港的高科技再工業化的戰略目標作出重要的貢獻。