主题 1: 促进健康
项目名称: 多学科协作以解决高毒性和多耐药肺炎克雷伯菌对全球公共卫生的威胁
项目统筹者: 陈声教授（城大）
摘要
革兰阴性的肺炎克雷伯病原菌，在过去的二十年经历不断进化，演变出多种高耐药和高毒力的变异株。在这些变异株中，一种集多重耐药和超强毒力于一身的高毒力高耐药肺炎克雷伯菌引起国内外特别的关注。目前，肺炎克雷伯菌已成为医院中最常见的致病菌，也是血流感染的最常见病原菌，在全球不同国家所致的感染死亡率高达40%。然而，这种传统病原体的新变种所带来的威胁尚未被广泛认知。深入研究这种临床重要的病原菌的持续进化趋势、传播动力学和致病机制对于制定有效的干预策略以预防高毒性高耐药肺炎克雷伯菌的大流行至关重要。为此，我们拟采用全面、多学科的研究方法来研究这种病原菌不同表型特征的遗传机制，获得可以区分高危和低危肺炎克雷伯菌的有效分子诊断方法，并开发新的治疗方案以应对高耐药高毒力肺炎克雷伯菌感染。作为一个在国际上得到高度认可的肺炎克雷伯菌研究团队，在HMRF、GRF、CRF和RIF的资助下，我们首次完成全中国的耐碳青霉烯类肺炎克雷伯菌分子流行病学监测，报导了首例ST23型高毒力的耐碳青霉烯类肺炎克雷伯菌，首次发现ST11 型高毒力耐碳青霉烯类肺炎克雷伯菌，并首次报导了一个可以即刻提高肺炎克雷伯菌毒力的可接合转移的毒力质粒。此外，我们已建立了一个囊括7 000 株临床菌株的菌库，并发现了多种在体外和体内均表现出高效消灭肺炎克雷伯菌的新型先导化合物。主题研究计划的支持对于这一战略性研究计划的顺利实施，制定有效阻止高致病性和高耐药性肺炎克雷伯菌的全球传播的策略和保障人类健康必不可少。
主题 1: 促进健康
项目名称: 通过阐明关键机制及转化研究成果以提高肝癌的临床诊断和治疗策略
项目统筹者: 吴吕爱莲教授（港大）
摘要
肝细胞癌 (HCC)是世界上最常见的恶性肿瘤之一，并在香港地区高度流行。肝细胞癌是一种具有侵袭能力的恶性癌症，患者通常在晚期确诊，因此无法接受手术治疗。免疫疗法和靶向疗法适用于晚期肿瘤患者，但目前尚停留在“一刀切”的基础上，不能做到精准治疗，所以极需探寻HCC机理的关键决定因子和生物标志物来指导治疗以改善患者预后。为了解决这个问题，我们将采用多管齐下的方法，包括三个不同但彼此高度相联的计划。首先，我们将确定免疫检查点抑制剂(ICI)治疗的有效性对于提高手术可切除性方面的功效，并结合最先进的研究技术和方法(包括空间转录组学在内的多种测序技术)来描绘基因组、分子和细胞的景观图谱，以确定免疫治疗反应的潜在机制。然后，我们将使用基因编辑小鼠模型进行体内建模来进行临床前评估、功能验证和机理表征，以精确再现不同的遗传背景，尤其是在前一个项目中已经确定的关键致病遗传改变。这将能够促使进行策略性临床前测试、剖析影响 ICI 治疗反应的基因突变以及表观遗传改变的机制。最后，我们将使用特异的游离DNA和通过外泌体分析得到血液生物标志物来评估治疗有效性。我们的目标是转化在不同临床疾病阶段的生物标志物，并通过前瞻性多时间点随访以明确治疗效果并跟踪HCC进展和复发情况。此外，我们将采用蛋白水解靶向嵌合体(PROTAC)技术平台降解HCC中的特定蛋白质靶标，以开发有效的靶向治疗方案。 我们的往绩成果－我们团队在肝癌方面拥有长期和丰富的经验：肝癌干细胞、癌症干细胞、基因组分析、临床管理、新的香港 HCC 分期系统和临床试验，还建立了包括单细胞转录组学、基因编辑小鼠模型、全基因组CRISPR / Cas9敲除模型、基因靶点和外泌体的综合功能表征等各种前沿技术平台。 临床样本－我们收集了包含数千个血液和冷冻组织样本的庞大、注释良好的生物库，并建立了源自患者的 HCC 肿瘤异种移植物。这些专业知识、尖端技术和宝贵的临床资源使我们的研究工作达到了肝癌研究的国际领先水平，也为此研究计划奠定了坚实的基础。 影响－本项目将为基于循证临床转化和应用提供精准的治疗策略，以提高肝癌患者的诊断和治疗结果。这将有助于提升患者的健康、减轻患者经济负担，并减少社会医疗保健费用。本项目的顺利实施将进一步将香港打造成肝癌研究的国际枢纽。
主题 1: 促进健康
项目名称: 研究鼻咽癌肿瘤微环境的特征
项目统筹者: 关新元教授（港大）
摘要
鼻咽癌是华南地区包括香港常见的恶性肿瘤之一，相关研究在香港具有策略重要性。根据我们最新的随机临床试验，显示即使进行了目前最好的放、化疗治疗，仍有逾30%的患者会复发。转移、复发和耐药性仍然是鼻咽癌临床治疗的主要挑战。对于复发或转移的患者，免疫疗法和化学药物相结合疗法已是目前最有效的一种治疗手段。尽管肿瘤组织中有大量淋巴细胞浸润，只有两至三成的鼻咽癌患者对 PD-1 抑制剂有良好反应。此外，由于缺乏用于药物评估和患者分层的可靠临床前模型，绝大多数抗肿瘤靶向药物对鼻咽癌无明显疗效。因此我们急需解开这个最困难的谜团，研发更精准、更有效的临床治疗。我们的研究目标包括：一、透过多种组学分析技术，以单细胞测序和空间转录组测序技描绘鼻咽癌细胞的景观图谱。建立类器官、人源化小鼠模型、多重免疫组化等技术平台，寻找抑制免疫作用的关键因素。二、将进一步研究单细胞测序揭示的重要发现，包括 CD70 介导的免疫抑制、鼻咽癌肿瘤浸润的 T 细胞功能衰竭和免疫抑制的分子机制。透过生物信息学，应用单细胞测序揭示肿瘤微环境内细胞间互动，寻找影响免疫疗法的基因与靶点。此外，全基因组 CRISPR / Cas9 敲除 / 抑制筛选将用于识别更多参与鼻咽癌肿瘤中 PDL1 调控的基因和机制；三、研发新的鼻咽癌治疗药物，建立精准预测鼻咽癌患者对免疫治疗反应的模型，建立包含人工智能深度学习模型，用于预测鼻咽癌肿瘤对 PD-1 / PDL-1 检查点抑制剂的反应，研究周边免疫治疗对治疗在复发性 / 转移性鼻咽癌肿瘤中使用检查点抑制剂的反应，并测试免疫治疗与化疗和靶向治疗在鼻咽癌中的联合应用。透过精准预测鼻咽癌患者的病情演进及对免疫治疗反应，我们的研究成果定能推进鼻咽癌的个人化策略及精准治疗，以更高的功效、更低的毒性和成本拯救更多生命。
主题 2: 建设可持续发展的环境
项目名称: 迈向碳中和：催化H2O和CO2为绿色资源载体
项目统筹者: 郭正晓教授（港大）
摘要
为了避免灾难性的气候变化以及安全维护「 能源、食品、水和物料」的资源体系，加速实现净零碳(CO2)排放是科学界、也是全人类所面临的一项紧迫而复杂的挑战和任务。如果未来真有一个「万能之策」，那也许就是「水-碳经济」：以「氢气-二氧化碳(H2-CO2) 」为主体，通过科学调控「氢-碳-氧(氮) 」原子间化学作用，能有效地实现以上资源的相互转换和分配。大自然其实在这方面做的很好，但面对人类不断增长的需求，已经摩顶放踵，力有不逮。因此，本项目旨在香港建立一个由多学科融合组成的「绿色资源科创中心」，以氢气和甲醇为初始目标产物，开发有效的技术经济策略，推动绿色资源的制备和技术创新转化。利用可再生太阳能／风能或多余的错峰电能将不分昼夜的驱动水(海水)和温室气体CO2的光／电化学转换，以提高系统效率。项目任务拟通过五个相互交叉的工作单元(WP)进行：有机结合深度学习、计算模拟和实验方法来探索分子催化反应机制，设计构建 H2O和CO2电解槽和光反应器的新纳米结构及其反应的微环境(WP1,2)；使用本征、原位和工况等分析技术评估新型催化剂体系和转化装置的性能(WP3)。这些技术将集成形成具体的技术模型，以演示新技术的实用潜力(WP4)。本项目还将为绿色资源技术的未来拓展，从公众认知-技术特色-经济效益的角度来分析，模拟预测技术未来的拓展模式和影响力，以及对香港2050年碳中和目标的具体意义和贡献(WP5.1)。多向互通的项目管理架构将关切各方合作者的进展，增加宣传和知识交流来促进项目进程(WP5.2)。项目将实现三个关键效益：一、深入了解在光／电作用下，H2和CO2有效转换的催化结构特征，及其对最终产物的选择性；二、整合绿色资源载体转化技术和有效电催化剂和光催化剂；三、展示绿色资源转化装置模块(H2O和CO2电解槽和光反应器)，使其灵活适用于多种场景技术。我们有顾问委员会监察项目进度，以确保科学、技术和社会-科技-经济(STEP)效益的高质量、高速度发展，为香港带来影响。
主题 2: 建设可持续发展的环境
项目名称: 剖析空气污染与公共健康之关系以实现变革性的空气质素管理
项目统筹者: 李向东教授（理大）
摘要
对人群健康造成威胁的空气污染中，以微细悬浮粒子(PM2.5)危害最大。 PM2.5可侵入人体肺部深处及人体其他器官，每年室外PM2.5污染导致全球数百万人过早死亡，令全球经济损失约2,250亿美元的劳动力收入。包括香港环境保护署在内的许多监管机构均以世界卫生组织发布的PM2.5总质量浓度指导值为参考，制定当地的标准，以保护公众健康。然而，越来越多的证据表明，在不同时间不同地点吸入相同质量浓度的PM2.5可引致程度不一的健康后果。 PM2.5是成分复杂、来源广泛的混合物，并非所有PM2.5成分和来源都对空气质素造成相同程度的危害。因此，优先控制与健康危害直接相关的PM2.5成分及其来源，应该是更为有效的政策选项。而确定PM2.5的关键有害成分及其来源是一项悬而未决的科学挑战。得益于环境毒理学和分子流行病学的近期发展，这一瓶颈有望可以实现突破。在现有PM2.5全球监测网络的支持下，本项目团队将选择代表不同自然条件和社会经济发展状况的若干城市，揭示PM2.5诱导慢性阻塞性肺病和缺血性心脏病发作的PM2.5有害成分及其来源，并评估针对PM2.5有害成分来源的控制策略与针对质量浓度的传统策略相比的收益与成本，为特定城市、地区或国家提出因地制宜的空气质素管理方案，更经济、更有效地保障公众健康。
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: 大湾区跨境物流枢纽互动智联网研究
项目统筹者: 黄国全教授（港大）
摘要
物流智联网(Physical Internet-PI)的基本构思是在互联网实时聊天平台上收发短信一样收发物件，欧洲在这方面付出了很大的努力。如果实现，物流服务的提供和消费方式将发生巨大变化，正如电子邮件改变了邮局的角色和人们使用邮政服务的方式一样。大湾区具有优良的交通基础设施，香港、广州和深圳具备世界一流的土地、海运港口、国际机场、高铁及跨境货柜车运输网络，将邻近城巿紧密联系。这些都激励我们在大湾区进行物流智联网研究。本项目提倡元联网（Cyber-Physical Internet (CPI)）四大支柱的创新研究：第一个支柱是数字化架构以实现元联网物流系统；第二个支柱是网络服务以制定、配置及运作随插即用部件；第三个支柱是伙伴关系协议；第四个支柱是对实时物流规划及执行的决策应用。元联网的愿景是像在互联网实时聊天平台上收发短信一样收发物件。大湾区经济一直以出口制造业为主。原材料进口和成品出口均以海外市场为起点和终点，并通过多种模式的高效率物流枢纽实现了良好的互联互通。然而，在包括香港在内的许多发达经济体的再工业化战略下，全球制造业最近经历了重大重组。国家「十四五规划」推动双循环的发展模式。大湾区须由世界工厂转型，以切合国家及世界的需要，Covid-19疫情亦史无前例地推动了这种转变。全球和地方层面的社交距离措施导致物流业务大规模中断。人们被迫在家工作和使用网上购物，因而对优质电商物流服务的需求大增。但是港口运营中断、客运航班取消以及货物进出港延误等问题极大地限制了物流量，并在码头和港口造成了严重的堵塞。在这两年内，世界货柜运价指数增长了五倍多，空运指数增长了一倍多。元联网有助于建立疫情后的新常态，同时实现物流复苏和二氧化碳排放目标。我们聚集了一支由具有互补专业知识的世界领先研究人员组成的多学科团队，以寻找创新元联网所需的基础研究问题和技术挑战的答案。本项目得到香港、大湾区以及世界各地多个物流协会和公司的支持和参与。
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: 智能医疗及扩展现实研究所
项目统筹者: 王平安教授（中大）
摘要
近年来技术创新为提高医学诊断、治疗、教育和医疗服务水平等提供了诸多新方法和新思路，令服务越趋严谨及精准。其中，人工智能(AI)和扩展现实(XR)发展尤为迅速，促使医学相关领域发生着巨大变革。 XR是指所有由计算机技术和可穿戴设备产生的真实和虚拟结合的环境和人机交互。进一步融合AI和XR技术对实现新一代精准医疗至关重要。然而，将AI / XR融入医学图像计算和计算机辅助介入手术在实际临床应用中仍然面临多方面挑战。本项目旨在成立「智能医疗及扩展现实研究所」，通过开发尖端技术以攻克当前技术难点，在香港建立世界领先的涵盖疾病筛查、诊断、治疗和预后管理的一站式医疗服务新系统。具体而言，本项目将解决以下主要挑战和重要问题：一、智能医学图像分析如何帮助实现精准医疗？二、如何利用智能化扩展现实技术，实现以人为中心的临床数据分析新方式？三、如何借助直观的智能化交互系统方便医生为患者提供更精准的医疗服务？本项目将针对以上问题开发一系列创新解决方案：一、开发先进的医学图像分析技术以实现智能化个性化诊断；二、开发AI-XR交互和虚拟手术技术以实现下一代医学可视化、评估、协调治疗、精准规划、手术培训和教育；三、开发AI-AR辅助手术技术以实践动态医学信息分析和实时术中图像导航；四、集成以上新方法于多功能一体化平台，并在肝癌和肾癌两个重要临床应用下（包括诊断、治疗、预后管理和医疗培训）进行全面验证。本项目研究团队具有丰富的医工交叉学科研究经验且优势互补，我们将基于长期成果显著的合作基础上，共同推动人工智能和扩展现实技术在医疗领域的创新研究和应用。
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: 阻变式存储器上的边缘人工智能芯片
项目统筹者: 黄毅副教授（港大）
摘要
在过去十年，机器学习(ML)和人工智能(AI)的空前发展催生了一个新的智能生活时代。麦肯锡近年一项关于人工智能硬件的研究指出，在包括中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)、现场可程式化逻辑闸阵列(FPGA)和特定应用积体电路(ASIC，又称电路晶片或是芯片)这四大硬体平台中，预计到2025年人工智能芯片将占所有人工智能解决方案的五至七成。雅虎财经也有相应的预测，从2021到2025年，人工智能芯片市场将增长734.9亿美元。人工智能的核心是深度学习和深度神经网络，由于其不断增长的复杂性和规模，这些网络的布置难度亦带来了新的挑战。这与最新的人工智能趋势形成鲜明对比，即把各种人工智能任务部署到资源有限的边缘端硬体(即终端或使用者端)。传统的冯‧纽曼计算架构进一步使这种棘手的情况更加显而易见，由于记忆体和处理元件之间大量资料的相互传输，该体系结构正面临和受制于功率和传输延迟而引致的樽颈。
为了支持最先进的神经架构的发展，并实现低功耗、高速的边缘人工智能，我们需要从现代电晶体工艺尺寸上「量的扩展」中跳出来，并探索微电子实现器件上一种创新的「质的转变」。因此，本专案提出利用下一代微电子忆阻器实现存内计算，其中阻变式随机存取记忆体(ReRAM)因其低功耗、高可靠性和可编式电阻值等特性和优势而脱颖而出，极之适合采用在边缘人工智能的实践上。
我们的专案代号为ReRACE (ReRAM AI Chips on the Edge)。此项目汇集了一支强大的队伍来应对和克服各种技术挑战。具体而言，项目旨在实现一套完整的「设备–电路」和「系统–应用」架构，当中则利用ReRAM器件阵列进行超低功耗和高速的边缘人工智能计算。 ReRACE的成果将为下一代边缘人工智能芯片提供一个多功能的解决方案。其鲜明的特点是存内计算，以及能源效率指标比现有的冯‧纽曼计算架构提高几个量级。 ReRACE的成功来自于其团队的组建，该团队由世界一流的领域专家组成，涵盖了ReRAM设备–电路层和系统–应用层，并进一步得到了业界和香港最新的先进微电子基础设施的支持。总而言之，ReRACE项目的启动非常及时，不但具有很高的学术研究价值和实用果效，还可以促进香港成为下一代边缘人工智能芯片的区域中心，为香港的长期微电子研发培养人才，并为香港的高科技再工业化的战略目标作出重要的贡献。