成果与项目的背景及主要用途： 创新药物高效设计与筛选(Computer-Aided Innovative Drug Development，CAIDD)技术是集计算化学，药物化学及结构生物学为一体的靶向药物创新平台。CAIDD 利用先进的计算机辅助药物设计技术从分子水平上确立和发现创新药物的生物靶点，阐明药物吸收及传递的机理，并通过构建生物靶点的三维结构模型，高效设计和筛选靶向型创新药物。 CAIDD 技术是生物医药领域创新药物研发的核心技术。主要应用于高效设计和筛选靶向性小分子药物，蛋白及抗体药物，有效缩短从先导药物发现到药物开发上市的整个过程。 技术原理与工艺流程简介： 利用先进的计算机辅助药物设计技术从分子水平上模拟和研究药物吸收和药物传递的机理，发现和确立新的生物靶点，分析药物分子的三维构效相关，针对取得的药效团模型和药物相互作用模式进行靶向药物的合理设计和高效筛选最终实现靶向型新药的创制和高效药物传递。靶点发现→药物设计→化学合成→药理验证→结构生物学 技术水平及专利与获奖情况： 基于有机化学方法论的药物数据库包含 351 亿个化合物，拥有世界最大的先导药物虚拟数据库 技术应用： 1、靶向型一类新药先导化合物的高效设计与筛选利用 CAIDD 技术开展或参与企业创新药物先导化合物的快速设计与发现。针对企业研究方向和课题需要，在课题立项及创新药物研发源头为企业提供最先进的技术服务。 2、靶向型换代产品快速开发 利用 CAIDD 技术提高现有上市药物的靶向性，生物利用度，降低药物毒副作用，从本质上提高企业已上市药物的临床应用价值，帮助企业快速开发具有自主知识产权的新一代靶向型替代产品，延续企业产品生命力和企业竞争力。 应用领域：医药领域。 应用领域举例： 1、现代化靶向型中药开发 CAIDD 技术利用针对多种生物靶点的药物传递技术，结合 Dendrimer 药物包接及靶向诱导技术的应用为企业开发具有自主知识产权的中药靶向新制剂与新剂型，从本质上实现中药的靶向传递和现代化。 2、蛋白质欧联药物开发 利用抗体对生物靶点的特异性识别特征，CAIDD 技术帮助企业实现蛋白欧联型靶向药物的快速开发，取得一类新药自主知识产权。 3、一类兽药快速研发 CAIDD 平台提供兽药现代化改良服务，通过 CAIDD 靶向化技术改良现有上市兽药的靶向功能，提高药物生物利用度，水溶性，消除药物异味，为企业创造具有自主知识产权的一类新药。 应用前景分析及效益预测： 与传统通过规范化的实验手段进行新药开发筛选相比，CAIDD 技术具有节约成本与时间的显著优势且筛选效果与传统手段媲美。 合作方式及条件：具体面议 1、 提供新型先导化合物→结合企业在研项目在一定时间内为企业提供具有自主知识产权的新型先导化合物； 2、 参与筛选先导化合物→利用先导药物数据库为企业提供筛选新型先导化合物的服务； 3、 企业新产品的靶向开发→利用靶向化技术为企业提供具有自主知识产权的创新新药 4、 企业现有的靶向化换代→利用 CAIDD 技术提高现有药物的靶向性及生物利用度快速研制换代产品。

利用结构生物学和生物信息学手段设计融合蛋白的构建方式，通过生物制备获得融合蛋白，结合生物反应器工程技术和生物过程智能控制技术，建立大规模制备融合蛋白的工艺，实现长效药物蛋白的生产和临床应用。其中长效多肽/蛋白类药物的发酵水平达 1g/L,纯化得率达 20%,体内半衰期较第一代基因工程药物提高 30 倍以上。 

5-氨基酮戊酸光动力疗法（ALA-PDT）是一种药械联合的新型靶向疗法，治疗非黑素性皮肤肿瘤、痤疮、尖锐湿疣等难治性皮肤病疗效显著、副作用小。但ALA-PDT治疗过程伴有剧烈疼痛，严重影响患者治疗感受，是业界公认的ALA-PDT治疗瓶颈。此项目团队在同济大学医学院、附属上海市皮肤病医院王秀丽教授带领下，长期致力于ALA-PDT临床与基础研究，在国内外率先掌握了“无痛ALA-PDT关键技术”，形成相关成果申请国家专利，并将其转化生产出第一代无痛光动力治疗仪用于临床治疗。在此基础上拟进一步打造个性化、智能化、便捷的新型无痛ALA-PDT，降低对专业医师的依赖程度，打破技术壁垒，实现无痛ALA-PDT扩大推广应用，引领ALA-PDT无痛治疗新时代。 第一代无痛光动力治疗仪图片 团队已将诸多原创性研究成果进行临床转化，总结关键技术并将其推广至全国2000多家医院，直接获益患者逾100万人次。 第二代治疗仪

近日，天津大学分子聚集态科学研究院杨杰博士等在纯有机室温磷光材料研究方面取得新进展。研究成果在Cell Press旗下材料旗舰期刊《Matter》在线发表，题为“Förster能量转移：一种开发刺激响应性室温磷光材料的高效途径及其应用”。该成果的第一作者为天津大学2019级博士生王云生，共同作者有吉林大学邹勃教授，共同通讯联系人为杨杰博士、唐本忠院士和李振教授。 刺激响应性有机发光材料因其在信息存储、防伪、光电器件等应用中的巨大潜力而备受关注。目前，大多数刺激响应发光材料都是属于荧光类材料，而磷光类材料较为稀少。相对而言，具有刺激响应特性的有机室温磷光(RTP)材料兼具刺激响应荧光材料的功能和室温磷光材料的时间分辨特性，是当前有机发光材料领域的热点，同时也是难点。迄今为止，刺激响应纯有机RTP材料的报道多是停留在理论验证或探索性实验阶段，究其原因，材料制备的复杂性和内在机制的不明确性制约了这类材料的实际应用。基于此，要突破现有技术实现新的发展，就迫切需要拓展在理论层面的认知边界，获得新的行之有效的材料构筑策略。 研究人员利用主-客体掺杂体系中距离调控的共振能量转移(FRET, Förster Resonance Energy Transfer)过程，开发了具有刺激响应特性的RTP材料。FRET在不同环境下的广泛适应性和主-客体体系的良好磷光性能共同提高了材料体系的实用性。利用该策略制备的材料不仅与现有印刷技术展现出完美的兼容性，而且FRET客体与主体之间的特异性识别也被成功应用于信息加密。该工作首次揭示了FRET过程在宏观RTP刺激响应材料构筑方面的巨大潜力，提出了一种简单、廉价、有效并极具商业潜力的有机室温磷光材料构造策略。

项目成果/简介:近日，天津大学分子聚集态科学研究院杨杰博士等在纯有机室温磷光材料研究方面取得新进展。研究成果在Cell Press旗下材料旗舰期刊《Matter》在线发表，题为“Förster能量转移：一种开发刺激响应性室温磷光材料的高效途径及其应用”。该成果的第一作者为天津大学2019级博士生王云生，共同作者有吉林大学邹勃教授，共同通讯联系人为杨杰博士、唐本忠院士和李振教授。 刺激响应性有机发光材料因其在信息存储、防伪、光电器件等应用中的巨大潜力而备受关注。目前，大多数刺激响应发光材料都是属于荧光类材料，而磷光类材料较为稀少。相对而言，具有刺激响应特性的有机室温磷光(RTP)材料兼具刺激响应荧光材料的功能和室温磷光材料的时间分辨特性，是当前有机发光材料领域的热点，同时也是难点。迄今为止，刺激响应纯有机RTP材料的报道多是停留在理论验证或探索性实验阶段，究其原因，材料制备的复杂性和内在机制的不明确性制约了这类材料的实际应用。基于此，要突破现有技术实现新的发展，就迫切需要拓展在理论层面的认知边界，获得新的行之有效的材料构筑策略。 研究人员利用主-客体掺杂体系中距离调控的共振能量转移(FRET, Förster Resonance Energy Transfer)过程，开发了具有刺激响应特性的RTP材料。FRET在不同环境下的广泛适应性和主-客体体系的良好磷光性能共同提高了材料体系的实用性。利用该策略制备的材料不仅与现有印刷技术展现出完美的兼容性，而且FRET客体与主体之间的特异性识别也被成功应用于信息加密。该工作首次揭示了FRET过程在宏观RTP刺激响应材料构筑方面的巨大潜力，提出了一种简单、廉价、有效并极具商业潜力的有机室温磷光材料构造策略。

项目研发背景及意义 根据中国人口协会、国家卫健委发布的数据显示，中国育龄夫妇的不孕不育率近年来已高达12%-15%，患者人数超过5000万。其中，女性因素占比50%，男性因素占比40%，夫妇双方共同原因占比10%。随着环境污染、生育年龄推迟、生活压力等原因，不孕不育夫妇数量还在不断增加。 受中国传统观念影响，现阶段不孕不育检查主要以女性检测为主，男性检测指标只有精液常规等基本指标。但研究表明，在男性不育人群中，仍有15%的患者精液常规检测结果正常。精液常规分析仅能反映48%男性的生育能力，并不能很好地预测精子的受精能力和妊娠结局，因此临床迫切需要引入一些新的检测指标来正确评估精子功能，更准确得预测精子的受精能力和妊娠结局。 已有的研究结果表明，精子受精过程中最为重要的三个功能指标能更加全面地反映男性生育力，包括：精子持续运动潜能（线粒体功能）、精子穿过透明带的能力（顶体功能）和受精后胚胎发育潜能（精子DNA碎片）： 1.精子线粒体为精子运动提供能量，线粒体功能异常会直接导致精子持续运动能力下降，进而影响精子穿越子宫、到达输卵管与卵子结合； 2.精子顶体协助精子穿过透明带，顶体功能的正常与否直接决定精子的授精能力； 3.精子提供了一半的遗传物质（DNA），其完整与否可影响到受精卵原核的形成、受精卵卵裂能力、早期胚胎着床能力、后续胚胎的正常发育潜力及子代的健康。 上述指标异常，临床上可导致不育、反复流产和助孕治疗成功率低等病症。除此之外，近年来也出现了一些新的精液质量评价指标，成为关注的热点，包括：精子活性氧水平、精子质膜完整性： 1.精子细胞内的活性氧水平对精子核DNA的完整性、精子线粒体功能等均有影响，间接影响着精子细胞的损伤程度、精液质量、受精能力以及男性生育力； 2.精子质膜的完整性可以很好地反映精子的存活率，活精子是完成受精过程的前提。 上述指标异常，是导致精液质量下降、男性生育力降低的重要原因。因此，精液检测指标的增加有助于临床更全面地评价男性精液质量、预测男性生育力，并提出适合的治疗方案或辅助生殖方案。   项目内容与创新性 在复旦大学云锋基金的支持下，复旦大学生命科学学院吕旭楠与青岛复诺生物医疗有限公司合作研发了精子DNA碎片、精子诱发顶体反应、精子线粒体膜电位、精子活性氧类物质（包括过氧化物和超氧化物）、精子质膜通透性等一系列用于检测男性生育力评价新指标的体外诊断试剂，基于流式细胞术的检测方法，拥有自主知识产权，实现了临床应用所需的稳定性、便捷性、准确性和高效性。 本项目在整体实施过程中实现了以下创新： ① 计算机学科创新。本项目实现了三指标均能匹配专用的数据分析软件，经过近千例大样本量的算法设计和AI自我学习校准，实现了一键化结果分析和报告管理。不再依赖传统的肉眼辨别和手动框图计算，减少了人为误差，提升了结果的准确度和重复性。本项目软件均已取得软件著作权证书，结果图示展示如下： ② 生物技术学科创新。本项目优化了染料选择和分组设计，其中顶体指标采用独特的双染法设计，规避了过去需要新鲜样本、且样本需要优选的冗杂过程，更符合临床和实验室开展的实际需求。本项目方法的创新使得原本单项目的检测时间从3小时缩短至15分钟，三项指标联检时间20分钟，其中手工操作仅需5分钟，在国际上处于领先水平。这一突破从根本上解决了实验室因原技术手段耗时长、费人工、操作复杂而难以开展的技术问题，造成临床报告周期长、受检者取报告不便的难题。该项技术创新目前获得发明专利授权。 ③ 生物技术学科创新。本项目完全采用流式细胞仪的方法进行检测，替代了传统的荧光显微镜法，单样本检测覆盖的细胞数量多（约5000个），降低了系统误差，提高了准确度，提高了自动化程度和可重复性。   项目进展与取得成效 本项目目前已完成科研转化，取得医疗器械监督管理部门的审批，获得生产许可，具备临床合规销售的资格。市场推广方面，除选择原有的医院生殖医学中心作为合作伙伴外，还发起了与精子库的联合研究。现阶段，本项目已取得以下成绩： 1.临床方面：目前，本项目已在浙江大学医学院附属邵逸夫医院、华中科技大学同济医学院附属同济医院、南京鼓楼医院等多家三级及以上医院开展合作。 2.精子库方面：本项目单位已与国家卫健委出生缺陷与生殖健康重点实验室建成生殖健康联合实验室，共同申报国家十四五计划生殖健康领域重点项目，拟对精子库精子进行更真实全面的筛选和评估，预计将为精子库精子的受孕成功率提升十个百分点，致力于为适龄不孕不育人群解决生育难题，为可生育人群实现优生优育。

该研究首次鉴定到定位于线粒体的dsRNA受体ZNFX1，发现其通过与线粒体上的接头分子MAVS相互作用，在病毒感染的早期诱导I型干扰素（type I IFN）等ISGs的产生，从而正调控RIG-I介导的抗病毒免疫应答。该研究不仅为抗病毒免疫复杂性的理解提供了新的见解，也为病毒感染性疾病的诊断和治疗提供全新的分子靶点。另外，由于ZNFX1属于RNA解旋酶SF1家族的分子，该研究有望开启对SF1家族分子天然免疫功能的全面探索。 在此基础上，课题组进一步对IVT-SAPAS的测序数据进行深度挖掘，并利用siRNA筛选了数十个在病毒感染后发生表达量显著变化的基因，发现RNA解旋酶SF1家族成员ZNFX1具有显著抑制RNA病毒复制的功能。进一步功能分析表明，ZNFX1是一个干扰素诱导基因（interferon stimulated gene, ISG），定位于线粒体外膜上。病毒感染后，ZNFX1通过ARM和P-loop结构域结合病毒的dsRNA，并与定于线粒体的接头分子MAVS相互作用，激活I型干扰素信号通路，发挥抑制RNA病毒复制的功能。由于在静息状态下，ZNFX1具有较高本底蛋白表达，提示ZNFX1在RNA病毒感染早期阶段，即可通过诱导IFNs和ISGs表达形成对RLRs信号通路的正反馈调节。       值得一提的是，徐安龙教授课题组本年度还通过文昌鱼免疫学研究，发现了另一个进化上高度保守的dsRNA识别受体DDX23。通过回溯到哺乳动物中开展比较免疫学研究，发现DDX23主要定位于细胞核内。在病毒感染早期，DDX23可从细胞核转位到细胞质，通过识别病毒来源的dsRNA并激活type I IFN等ISGs的表达，正反馈调节RIG-I介导的抗病毒信号通路。

01. 成果简介 荧光原位杂交（Fluorescence in situ hybridization，FISH）是一种以荧光标记取代同位素标记而形成的新的原位杂交方法。其通过杂交探针序列及其荧光，能提供标记位点在细胞核内的空间位置信息，与基于染色质构象捕获（Chromatin Conformation Capture，3C）等各种生物技术（如4C，5C，HiC，ChIA-PET等）互补，成为研究染色质结构不可或缺的重要技术之一。 传统的荧光原位杂交技术一般以含有目标物种来源的一段完整基因组片段作为模板，通过生物酶的作用进行片段化，之后进行荧光标记做出杂交探针，再固定细胞中，通过碱基互补配对原理对特定的基因组片段进行荧光标记并成像，获得具体的核内空间信息。但是，传统的原位杂交技术受限于模板本身的特性，具有准备时间长、所需模板量大、基因分辨率低、克隆中含有重复片段、需要加入物种特异的Cot-1DNA等缺点。尤其是其分辨率低的特点（分辨率在百kb的数量级），让它在应用中受到了很大的限制。 本项成果提供了一种新的针对目标核酸靶标探针的制备方法（见图1），该方法比传统的FISH技术的分辨率提高了1-2个数量级（见图2），可应用于传统荧光原位杂交因分辨率不够而不能探测、或者被错误探测的地方。该成果的具体步骤（见图1）包括：（1）获取感兴趣的靶DNA序列；（2）使用转座酶将靶DNA序列进行片段化的同时，在片段化的DNA序列两端加上接头序列；和（3）利用所述接头序列，获取所述片段化的DNA序列，以产生探针。本项成果的技术优势在于：快速高效、模板需求量低、基因组分辨率高、且不需要Cot-1DNA。 图1 探针制备方法的具体步骤。 02.应用前景 本项成果是一种快速高效、模板需求量低、基因组分辨率高、且不需要Cot-1DNA的荧光原位杂交方法，可作为现有的传统荧光原位杂交技术的可选替代方案。尤其是该方法的分辨率高，比传统的FISH技术的分辨率高1-2个数量级（见图2），因此可应用于传统荧光原位杂交因分辨率不够而不能探测、或者被错误探测的很多地方。 例如，在基因组的三维结构中，TAD（拓扑结构域）是结构和功能的基本单元。TAD内部和TAD之间的增强子和启动子发生的错误的相互作用，是一些癌症发生的根本原因。而传统的FISH技术因为分辨率的限制，探测不到这些错误的相互作用。因此本项成果在临床有着广泛的应用，可以用于癌症及一些其它疾病的极早期检测。 图2  相比于传统的BAC FISH（图上方绿条，长度为152kb），仅用1.170 kb（红条）长的TN5探针，就可以得到要标记的基因组位点的图像。 图中细胞核（蓝色）中，红色和绿色的点相互重叠，说明Tn5 FISH可以用传统的BAC FISH进行验证。黄色箭头表示用Tn5 FISH（红色通道，左上角插入图）或BAC- FISH（绿色通道，左下角插入图）进行成像。图中比例尺为5μm。03. 知识产权 本项成果已申请1项国内发明专利，目前正在申请国际专利。04. 团队介绍 本项目团队负责人为清华大学教授、博士生导师，国家首批千人。团队的主要研究方向涉及：生物信息学和基因组三维结构新方法的开发，利用细胞超分辨率成像、分子成像和生物信息学的方法进行基因组三维结构和系统生物学的研究选。团队负责人曾多次主持或参与美国NIH的R01科研项目、中国国家自然科学基金及科技部的科研项目，已发表高水平学术论文200余篇。05. 合作方式 专利许可、合作开发。06. 联系方式 邮箱：zhangxinrui@tsinghua.edu.cn

定量系统生物学是描述生命体的细胞、组织、器官以及整体水平上结构和功能各异的各种分子（包括基因、蛋白质、小分子代谢物等），以及分子在生命体的内部之间、与外界环境之间的相互作用，通过精准的分析测量技术、结合计算生物学来定性、定量构建生命的数字化模型，预测生理状态或者疾病的功能、表型和转化的前沿科学。生命体的运作是在基因调控下，由许许多多的生化反应形成