習近平總書記在考察新冠肺炎防控科研攻關工作時強調，要把新冠肺炎防控科研攻關作為一項重大而緊迫任務，加快研發(fā)進度，盡快攻克疫情防控的重點難點問題，為打贏疫情防控人民戰(zhàn)爭、總體戰(zhàn)、阻擊戰(zhàn)提供強大科技支撐。
廣州科技戰(zhàn)線深入學習貫徹習近平總書記重要講話精神，科研、臨床、防控多系統(tǒng)緊密配合，集中力量、爭分奪秒?yún)f(xié)同開展科研攻關，經(jīng)過不懈的攻堅克難，取得了多項突破性進展。在3月12日的廣東省政府新聞辦疫情防控第四十一場新聞發(fā)布會上，廣州近期成功研發(fā)的三大硬核產(chǎn)品亮相。
硬核成果Ⅰ：人源化ACE小鼠動物模型
(一)迎難而上，完成“不可能的任務”。
此次新冠肺炎疫情暴發(fā)以來，關于藥物、疫苗等進展的報道大多還是在細胞水平完成的，體外細胞模型很難模擬病毒感染機體的致病過程，也不能全面反映藥物的代謝及病毒對多器官的影響，所以動物模型是不可替代的。
廣州再生醫(yī)學與健康廣東省實驗室（以下稱生物島實驗室）與中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院（以下稱廣州健康院）聯(lián)合攻關，于近日成功建立人源化ACE小鼠動物模型。
新冠病毒是通過一種ACE2的酶來感染人類的，小鼠也有這種酶，只是與人相比有較大的差異，導致小鼠對新冠病毒不易感。而且，要想獲得足夠多的易感小鼠，需要進行大量動物種群繁殖，在運氣很好的情況下最快也需要5-6個月時間，對于急性新發(fā)傳染病來說，就如遠水救近火。這也是為什么之前還沒有能大規(guī)模用于實驗的動物模型的原因。生物島實驗室創(chuàng)造性地利用基因敲入技術，用人的ACE2序列來替換小鼠的ACE2基因，成功實現(xiàn)快速地獲得易感小鼠。
(二)廣州速度：把180天縮短至35天，火速為科研攻關提供了理想的動物模型。
ACE2人源化小鼠模型最可貴之處，在于超常的速度。常規(guī)的基因敲入人源化小鼠，需要半年時間才能取得第一代。
而這次生物島實驗室CCLA與廣州健康院的科研攻關團隊利用四倍體胚胎發(fā)育與干細胞技術取得了重大的突破，一次性獲得目標基因敲入小鼠而無需進行大規(guī)模的動物種群繁殖，大大節(jié)約了時間、人力和物力。該項目從1月31日提出方案開始，到3月6日人源化小鼠出生，僅用了35天，將獲得特定小鼠模型的時間從最快的6個月大大縮短到5周。更難得的是，這個技術可以用同樣快速的時間高效制備其他人源化小鼠模型，以備類似應急攻關的需要。
通過這種時間上的大幅突破，ACE2人源化小鼠火速為新冠病毒感染機制、藥物篩選和疫苗評價等研究領域提供了理想的動物模型。接下來，生物島實驗室與廣州健康院將全力響應各領域科研攻關工作的需求，大量生產(chǎn)和供應該小鼠模型。
硬核成果Ⅱ：人工智能咽拭子采樣機器人系統(tǒng)
檢測診斷對于新冠肺炎疫情防控具有重要意義，一方面能夠及早發(fā)現(xiàn)病毒、及時確診，為救治患者爭取時間；另一方面，在復工復產(chǎn)方面，也可極大提高復工復產(chǎn)效率，減輕企業(yè)負擔。圍繞檢測診斷，廣州在取樣、檢測、應用等全鏈條上進行科研攻關部署，取得了突出的成效。
(一)在取樣方面，為最大程度降低常規(guī)取樣帶來的風險，通過人工智能手段研制出咽拭子采樣機器人系統(tǒng)。
目前，核酸檢查是檢測新冠病毒感染的主要手段，咽拭子是診斷新冠病毒感染的主要采樣方法。為保證采樣質量，保護醫(yī)護人員健康，在省市科技部門的支持下，鐘南山院士團隊與中國科學院沈陽自動化研究所、廣東智能無人系統(tǒng)研究院，聯(lián)合成功研制出咽拭子機器人系統(tǒng)，并率先在廣州投入臨床試驗。和常規(guī)人工采樣相比，使用咽拭子采樣機器人系統(tǒng)進行采樣有三大優(yōu)勢：
一是保護醫(yī)務人員，避免潛在感染風險。在常規(guī)咽拭子操作過程中，醫(yī)務人員須與新冠病毒患者近距離接觸，具有較高的感染風險，通過該系統(tǒng)醫(yī)務人員可以遠程人機協(xié)作進行采樣，有效避免了交叉感染。
二是提高取樣規(guī)范性和準確性。由于醫(yī)務人員手工操作方式差異、操作規(guī)范性等因素，容易引起咽拭子采樣不理想，導致假陰性，進而影響對病情的正確判斷。目前，咽拭子機器人已開展首期20例受試者的臨床試驗，采集樣本80份，一次成功率超過95%，細胞學檢測結果顯示采樣質量較高。
三是對患者無損傷。咽拭子機器人能夠實現(xiàn)輕柔、快速的咽部組織采樣任務。20例受試者的咽部均無出現(xiàn)紅腫、出血等不良反應。
(二)在檢測方面，檢測試劑盒等產(chǎn)品研發(fā)速度和質量走在全國前列。
采用核酸檢查是檢測新冠病毒感染的重要判斷依據(jù)，廣州一家企業(yè)研制的一款新冠病毒熒光PCR核酸檢測試劑盒，是全國首批6家獲得三類醫(yī)療器械產(chǎn)品注冊證書的新冠病毒檢測試劑之一，目前已經(jīng)獲得CE認證（歐盟醫(yī)療器械認證），WHO（世界衛(wèi)生組織）在官網(wǎng)上推薦了該產(chǎn)品，該試劑盒日產(chǎn)量可達50萬人份，目前總出貨量超過489萬人份。
3月7日下午由中國紅十會向廣州采購的援助伊拉克試劑盒及其設備已經(jīng)到達受援國并正在使用中。為應對全面復工復產(chǎn)的大批量檢測需求，實現(xiàn)快速檢測尤為重要，廣州另一家企業(yè)研制出一款新冠病毒膠體金法抗體檢測試劑盒，15分鐘內可出結果，成為全國首批獲得進入應急通道的2個抗體檢測試劑之一，該試劑盒日產(chǎn)量可達40萬人份。而在國家首批推薦的9個檢測試劑優(yōu)先支持項目中，廣州有3個項目獲推薦進入應急審批通道。
(三)在應用方面，廣州四家企業(yè)作為第三方檢測機構承擔了全省72.16%的檢測任務，共篩查超過45萬例。
其中一家企業(yè)作為全國第三方醫(yī)檢機構龍頭，從1月27日起積極承接包括雷神山醫(yī)院、武漢、湖北等關鍵區(qū)域的核酸病毒檢測重任，并隨廣東醫(yī)療隊支援湖北荊州，已在包括湖北、安徽、重慶等全國24個省市區(qū)陸續(xù)開展抗擊疫情檢測任務，投入相關專業(yè)人員近1800人。2月4日，由鐘南山院士親自授牌，在武漢正式掛牌“國家呼吸系統(tǒng)疾病臨床醫(yī)學研究中心武漢病毒診斷研究分中心”。目前，全集團核酸單日檢測能力可根據(jù)需要達到7萬例，累計檢測標本超130萬例。
硬核成果Ⅲ：新冠肺炎AI輔助診斷系統(tǒng)
新冠肺炎AI輔助診斷系統(tǒng)是運用人工智能技術來輔助影像科醫(yī)生進行新冠肺炎的快速診斷和定量分析，為醫(yī)生及時篩查疑似患者、開展救治行動、降低患者死亡率提供科技支撐。
傳統(tǒng)的人工閱片在此次新冠肺炎疫情診療中存在一定的局限性：首先，疫情暴發(fā)導致待閱影像片子數(shù)量激增，醫(yī)生閱片壓力太大；其次，憑借影像科醫(yī)生肉眼很難快速識別細微病灶變化。因此，在當下疫情防控的關鍵時期，通過更高效、更精準的人工智能影像輔助診斷方法來提升閱片醫(yī)生工作效率、降低患者死亡率是當務之急，刻不容緩。
生物島實驗室張康教授團隊、中山大學孫逸仙紀念醫(yī)院林天歆教授團隊、清華大學、澳門科技大學以及廣州一家企業(yè)的人工智能技術團隊一起積極響應國家號召，在前期分析研究了50萬份臨床影像學大數(shù)據(jù)的基礎上，運用深度學習、遷移學習等人工智能前沿技術，使用多個神經(jīng)網(wǎng)絡架構，開發(fā)了基于胸部CT和X-ray影像學的新冠肺炎AI輔助診斷系統(tǒng)。
該AI系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：
一是快速、準確診斷新冠肺炎。一例患者CT影像包含300-500張切面，每一張切面圖像展示的結構不同，病灶表現(xiàn)也不同。有經(jīng)驗的影像科醫(yī)生閱完1例CT圖像需要約15-30分鐘。借助該AI系統(tǒng)，可在20秒內完成一例CT圖像的檢測，給出診斷結果，準確度達90%以上，大大縮短了醫(yī)生閱片時間。
二是病情嚴重程度分級和重癥危重癥預測。該AI系統(tǒng)可對CT圖像每一切面的小結節(jié)、磨玻璃影和實變進行自動分割、標注及定量分析，計算病灶密度、面積比、體積比以輔助醫(yī)生判斷新冠肺炎嚴重程度分級（輕型、普通型、重型和危重型）。并根據(jù)病變范圍，可預測患者的吸氧頻率、血氧飽和度、全身代謝情況、其他器官損傷程度，預測病人發(fā)展為重癥、危重癥的參數(shù)、概率和時間，輔助醫(yī)生密切觀察并提早干預治療，降低患者死亡率。
三是指導臨床用藥。系統(tǒng)可對同一位患者用藥前后的CT圖像進行對比分析，通過定量計算病灶在用藥前用藥后的變化，判別藥物是否有效，指導臨床用藥。
目前該系統(tǒng)已經(jīng)在中國科學院國家生物信息中心云平臺（計算機網(wǎng)絡信息中心和北京基因組所）線上部署，并已在廣州中山大學孫逸仙紀念醫(yī)院、武漢大學人民醫(yī)院、中山大學第三附屬醫(yī)院、安徽醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院和新疆喀什地區(qū)第一人民醫(yī)院部署使用，接下來將在全國大范圍推廣使用。
隨著全球疫情蔓延，境外機構也可以通過云平臺連接到該AI系統(tǒng)，快速實現(xiàn)中國與全球分享技術和交流經(jīng)驗，為阻止疫情在世界范圍內進一步蔓延做出中國貢獻。據(jù)了解，該團隊還在不斷發(fā)展和完善基于AI的醫(yī)學影像學技術體系，擴大臨床適用范圍，將其開發(fā)成為傳染性疾病的有效輔助診斷工具，推動AI技術在醫(yī)療領域的長遠發(fā)展。
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