二○二○/二一年度主题研究计划(第十轮)获资助之研究项目摘要

主题1: 促进健康
项目名称: 核酸适配子的分子机理及用于诊断和治疗的转化研究
项目统筹者: 吕爱平教授(浸大)

摘要

核酸适配子是一种具有组织或细胞靶向特征的、可用于疾病诊断和治疗的一种新型分子。作为一个国际合作团队(Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area Research Platform for Aptamer-based Translational Medicine and Drug Discovery (HKAP)),我们已开发出该领域最先进的技术,研究成果已在国际知名期刊上发表(包括Cell, Science, Nature, Nature Medicine, Nature Communications, ACS Nano, PNAS等)。我们开发的用于治疗成骨不全症(玻璃娃娃)的适配子药物已被美国食品药品监督管理局授予孤儿药认定(DRU-2019-6966)。在此项目中,任务1:适配子的筛选优化:传统筛选方法耗时且失败率高,同时以重组跨膜蛋白为靶标筛选的适配子也通常无法识别活细胞状态下的靶标。凭藉在自动微流控系统方面的丰富经验和技术优势,我们将开发全自动高通量微流控适配子筛选系统,来快速,高效和可靠地筛选抗循环蛋白靶标的适配子,以及筛选抗跨膜蛋白靶标的适配子。任务2:适配子靶向分子机理:适配子-靶标的3D结构不仅可以帮助理解相互作用机制,且可以指导化学修饰以改善适配子的亲和力和活性,从而促进应用转化。我们已开发了靶向骨肉瘤细胞的适配子和靶向胰腺癌细胞的适配子,并且鉴定出他们的靶标分别是PARP1和CD71两个蛋白。接下来,我们将使用结构测定方法分别测定这两种适配子与靶蛋白的结合模式,并在确定的3D 结构指导下分别开展适配子的化学修饰,以增强适配子诱导契合的效率和结合亲和力。任务3:用于诊断的适配子:癌症早期诊断是临床上的主要挑战。在已经建立的适配子诊断装置的基础上,我们将通过新型核酸化学方法开发一种新型的适配子介导的诊断方法,通过检测血液中的低丰度肿瘤生物标志物而实现胰腺癌的早期诊断。任务4:用于治疗的适配子与药物偶联物:高特异性适配子是靶向递送具细胞毒性药物分子的新策略。然而,适配子与药物的结合效率低以及液相反应中结合的化学不稳定性限制了它们的成药性。我们将开发固相适配子与药物偶联方法,形成胰腺癌特异性适配子与高效有毒抗癌药物分子或天然产物的偶联物,并检查偶联物的抗肿瘤活性和毒性。此项目将促进适配子的分子机理和用于诊断和治疗的转化研究,使香港成为世界领先的适配子研究中心。


主题1: 促进健康
项目名称: 针对急性髓性白血病的精准化、创新性治疗
项目统筹者: 梁如鸿教授(港大)

摘要

急性髓性白血病(Acute myeloid leukaemia (AML))是全球最致命的癌症之一。第二代基因测序(next generation sequencing (NGS))的出现,揭示了该病的病因,以及基因突变的多样性和在复发时的改变。为了将这些发现转化为新型治疗方法,本研究包括3项创新的计划。首先,根据我们过往的研究发现斑马鱼的基因和生理与人类非常相似,所以我们致力开发一个综合性的斑马鱼基因平台,并结合最新技术,以研究导致AML这癌症的不同基因突变组合,并进一步研发有效的药物及治疗方案。第二,在斑马鱼基因平台上确定基因突变组合对药物反应之后,我们将使用病人细胞进行体外及小鼠测试,以确定药物是否对人类有效。第三,透过研究个别细胞的基因表达和clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR) / Cas9筛选检查,可确定我们的药物的药理,以进一步提高治疗效果。为何我们以白血病作为研究对象?长期以来,白血病一直是研究癌症病理和标靶治疗的先驱。我们的团队多年来已经建立了多项与白血病有关的实验室平台。此外,在国际AML研究领域上,我们已成为拥有最全面病人数据库的团队之一,令我们在该病病理及新型治疗策略开发上,处于国际领先地位。事实上,我们已初步确定这三项计划的可行性,并已制定后备方案。我们深信该研究成果可应用于病人身上,改善治疗成效,从而使香港成为国际顶尖的血癌研究和治疗中心


主题2: 建设可持续发展的环境
项目名称: 抗生素耐药基因的环境污染传播机制与控制阻断策略研究
项目统筹者: 张彤教授(港大)

摘要

威胁人类健康的抗生素(又称抗菌素)耐药性与气候变化、水资源紧张和环境破坏一样是现今人类面临的重大挑战。环境是耐药性产生和发展的重要环节和场所,与人类和动物的健康密切相关,因此在全新的“一体化健康”理念指导下,目前普遍认为必须将环境作为重要的一环,纳入抗菌素耐药性防控的整体策略。

环境中有大量和多样的微生物群落,微生物之间存在着复杂的相互作用(包括基因转移),再加上化学污染物(包括抗生素)排放带来的选择作用,环境被认为是最大的抗菌素耐药基因(即赋予细菌耐药性的基因)的储存库和细菌之间交换耐药基因的场所。

目前人们对环境中耐药基因仍未能全面了解,探索和优化控制策略的研究也还十分有限。另外,各个地区也需要根据当地的耐药基因水平和环境管理的侧重点,发展相应的政策和技术。香港人口密度高,和全球各地有着频繁的人员交流和物质交换,也面临抗菌素耐药性的严重的公共健康威胁。在《香港抗菌素耐药性策略及行动计划(2017-2022)》中,政府强调要采取“一体化健康”的策略来应对抗菌素耐药性,并明确指出环境调查和管控的重要意义。

在本项目中,环境科学与工程、微生物组、公共卫生、医学、分子生物学、生态学和计算机等领域的科学家们将共同合作开展环境抗菌素耐药性的跨学科综合性研究,致力于降低公众对抗菌素耐药性基因及耐药病菌的环境暴露水平。本项目将针对环境中抗菌素耐药基因开展大规模的系统调研,掌握耐药基因于本地环境中的分布状况,构建风险评估框架,进而确定环境中抗菌素耐药基因的关键控制节点,并推动研发消除耐药基因的先进控制技术。

作为环境抗菌素耐药性方向的首个跨学科领域大型综合性研究,本项目将不仅探索关于环境中抗菌素耐药基因扩散和传播机制的基础科学问题,还将致力于推动形成“一体化健康”理念下应对环境中抗菌素耐药性的基本管控框架,促进学术界、社会和政府协力应对环境中抗菌素耐药基因的污染。从长远来看,通过与医学、动物健康、环境保护和水处理等相关部门的共同努力,本项目将有助于纾缓香港面临的环境健康压力,对香港的可持续发展做出贡献,并推进达成联合国提出的消减抗菌素耐药性的长远目标。


主题2: 建设可持续发展的环境
项目名称: 无线电力传送:下一阶段
项目统筹者: 许树源教授(港大)

摘要

全球对手提电话及电动车的无线充电需求,将会对未来的环境保护造成深远影响。拥有超过五百间公司会员的“国际无线充电联盟”,在2010年成立全球第一个为手提电话无线充电而设的国际标准“Qi”。近年,“国际汽车工程师学会”也成立了为电动车无线充电而设的SAE J2954标准。这些国际标准正在不断演化,以加大充电量和满足日益增加的应用项目。

这项研究将无线充电与环境保护结合,发展(i)适用于手提电话及电动车的更高效能的“无线充电技术”和(ii)大型“电动车无线充电基础建设”的设计,用以稳定电力系统,让电力公司能够大量增加采用风能和太阳能。简而言之,本研究希望提供新技术和基础建设的设计,方便加速“以大量电动车去取代汽油车”,及“以大量可再生能源取代石油和煤”的双结合手段,以减少温室气体排放和减慢气候变化。


主题3: 加强香港作为地区及国际商业中心的策略地位
项目名称: 金融科技、金融稳定和普惠金融
项目统筹者: 林晨教授(港大)

摘要

自2008年国际金融危机发生以来,金融科技领域经历了蓬勃的发展。尽管该领域以一系列创新的手段,通过为大量传统银行业未能覆盖的企业和个体提供融资而促进普惠金融的进程,其中不可低估的风险也给金融稳定带来了挑战。由于中小企业和消费者普遍缺乏按标准化办法收集和处理的可验证信息源,整个金融行业都面临着一个重要的议题,即如何在向大量中小企业和消费者提供贷款的同时保证有效的风险评估和管理?这之所以是个重要议题,是因为中小企业和消费者在全球经济发展中起到的关键作用。中国国务院和香港工业贸易署的数据显示,中小企业贡献了中国内地(香港)超过80%(46%)的就业和90%(98%)的注册企业数。而世界银行2018年的数据则显示,全球家庭消费对经济增长的贡献达到60%。由此可见,解决该议题具有迫切的现实意义。在本项目中,我们致力于开发一套针对中小企业和消费者的风险评估管理体系。以此为出发点,我们会为智能合约/机制设计提供科学基础,给探讨金融科技对经济社会的影响提供项目评估的平台,构造以金融科技为元素的金融风险宏观模型,并且给普惠金融和金融稳定提供政策建议。该风险评估管理体系将为以下活动提供综合的指导:(1)企业和个人的数字足迹以及网络关联等“高频、高纬、高覆盖”数据的收集;(2)以行为学理论(Cronqvist et al., 2012)为支持的用户特征抓取(例如从企业和消费者的投资、消费、网络关联活动、所有权链条等环节获取的风险偏好和自我约束等行为特征);(3)将不能按标准化办法收集、处理和验证的“软信息”向“硬信息”转化;(4)信贷模型的设计、筛选和拟合 – 充分利用数字足迹、网络关联和行为特征等优于传统金融指标的预测力,并且随着商业周期进行动态调整;(5)为金融机构和政策制定者提供模型结果的解读和应用。为推动项目进行,我们组建了来自金融、经济、法律、数据科学和计算机方面的专家团队,与世界领先的金融科技企业进行合作,并邀请到以经济学诺奖得奖者为代表的经济学家和国际货币基金组织等政策制定专家加入顾问团队。同时,团队成员与国际货币基金组织、世界银行、国际清算银行、欧洲央行、金融稳定委员会、美国央行、中国人民银行、香港金管局、香港金融发展局、香港竞争事务委员会等地区和国际机构的联系将有助于研究成果的推广和应用。整个项目的成果将对香港从传统金融中心向金融科技中心转型提供帮助。

主题4: 促进对香港起重要作用的新兴研究及创新项目
项目名称: 一种高性能分布式基于图的流数据机器学习框架及其在智慧城 市中的应用
项目统筹者: 陈凯教授(科大)

摘要

许多智慧城市应用可以建模为图,以节点表示不同的实体/位置,如建筑物、道路交叉口和街区,而边由连接节点的道路组成。在大数据时代,每个节点或边都可能涉及到大量连续流动数据,如车辆、行人等。机器学习技术有助于挖掘这种动态数据流的内在模式而做出预测,以支持交通优化、群体感知、城市规划等智慧城市应用。然而,现有的机器学习框架无法对大规模流数据图达到满意的计算效率和预测精度。其背后的挑战包括缺乏数据、算法限制和计算能力薄弱。

为解决上述挑战,在本项目中,我们将开发一个新型机器学习框架,用于大规模流数据图,实现智慧城市应用。具体而言,本项目将有四个主要贡献:(1)一种新的基于图的流数据深度学习方法:现有的深度学习算法,如卷积神经网络,大多是针对图像网格等规则结构而设计的,对于不规则的高度动态图式流数据无效。我们将设计新的深度学习算法,有效地从不规则城市流数据图中学习。(2)新的城际知识共享迁移学习框架:由于香港缺乏大量必要的数据,我们将开发城际迁移学习算法,将从其他数据资源丰富的城市学习到的知识迁移到香港。由于没有两个城市是完全相同的,必须识别可迁移知识和不可迁移知识。为此,我们将提出新型领域自适应和对抗神经网络技术。(3)高性能分布式人工智能集群计算架构,以支撑大规模图式流数据上的深度学习和迁移学习。特别是采用高效RDMA(远端内存直接存取)网络技术,提高大型人工智能计算集群中节点之间数据传输吞吐量,降低通信延时,以提高整体集群的计算效率。(4)我们将与香港运输署及香港天文台等机构合作,运用该机器学习框架优化香港的交通系统。其中,我们会先基于已收集的的士调度数据,在香港实现一个人工智能驱动的的士调度系统。在此之上,我们将扩展机器学习平台,以优化香港整体交通系统,包括巴士、地铁和渡轮等。

主题4: 促进对香港起重要作用的新兴研究及创新项目
项目名称: 香港助老智能机器人研究
项目统筹者: 王文平教授(港大)

摘要

人口急速老化是当前香港社会面临的巨大挑战之一,2020年香港65岁或以上的长者人口已从2005年的16.6%增加到20.1%。预计到2050年,全球65岁或以上的长者将超过16亿人。健康长寿是每一个长者和全社会的共同理想,而对长者生活质量和身体健康造成最大威胁的是由于日渐失去步行及活动能力而形成的长期照顾需要,对社会福利及经济发展造成双重压力。我们提出研发新型的智能机器人系统,透过辅助长者的步行及活动能力,防止摔倒及维持独立生活能力,从而改善生活质量和身体健康。我们提出以使用者为中心的共创理论(UC³),开发受长者欢迎的、新颖的智能可穿戴机械人来改善长者步行和活动能力。

首先基于心理社会学的视角,研究长者对步行和活动能力的个别需要,然后根据人体机能学的设计指标发展出个性化穿戴式机械人。基于刚柔混合的结构,机械人将采用新型传感器和分布式驱动系统以及人机协作的控制方法。

新型的机械人将以UC³为理论基础进行测试,评估及持续改良。项目团队已开展了前期的研究工作,初步结果清楚显示这种研究方案的可行性和创新性。项目团队由跨学科研究专家组成,包括了工程学、老年学和医学的专家,并通过与香港长者群体和服务机构的合作,我们对项目的成功实施充满信心。此项目将成立一个由相关的社会团体和工业界专家组成的影响力委员会,以推动增大研究成果的社会效益及成功的技术转移。同时,产业化也将是项目中的重要部份,以确保项目成果对香港社会及经济发展发挥最大作用。本项目的成功将能推动香港走向国际助老机械人技术的领先地位,并提供关键技术改善香港老龄社会服务。同时项目将创造机会为香港培育新一代的科学家、工程师和社会老年学家,从而推动香港经济和社会的可持续发展。