从数字孪生到虚拟人类孪生体：数字健康领域的“登月计划” 一、学术背景与研究动因 当前，全球医疗健康体系依然存在诸多未被满足的临床和社会需求，其表现例如治疗选择的缺乏、不足与昂贵的医疗资源、漫长的候诊时间，以及对儿童和罕见病等弱势群体关注的不足（unmet needs）。尽管医学对健康和疾病的生理机制理解不断加深，新的诊疗技术也在持续涌现，但医疗服务的普及性、效率和个性化始终有所欠缺。为此，医学界和产业界不断探索以数字化和信息化手段推动变革。 类似于人类基因组计划（Human Genome Project）彻底解读人类遗传信息，IUPS生理组项目（Physiome Project）首次提出了“系统性数字化动态人类生理模型”的构想，即构建包含全部已知人类病理生理特征的虚拟“数字人类”模型。而后，...

利用仿真推断加速单分子结构识别 ——《amortized template matching of molecular conformations from cryoelectron microscopy images using simulation-based inference》研究新闻报告 研究背景与意义 在分子生物学和结构生物学领域，理解生物大分子如何通过不同构象（conformation）的转变来执行其功能，是揭示生命过程机制的核心目标。众所周知，蛋白质、核酸等生物大分子具有高度的柔性，它们在细胞中不断地于各种构象之间重组，而这些不同的构象往往与分子的生物学功能直接相关。因此，实验上全面刻画分子体系的“构象分布（conformational ensemble）”和结构动力学，成为...

一、学术背景与研究动因 近年来，基因型-表型（Genotype-Phenotype, G-P）关联分析已成为揭示复杂性状遗传基础的核心手段，尤其在人类面部、四肢、骨骼等多维结构性状的研究中获得了快速发展。传统上，G-P分析依赖简单、预设的人体解剖测量指标，或者采用诸如主成分分析（Principal Component Analysis, PCA）等无监督降维技术，抽取如“主成分（principal components）”“特征面（eigen-shapes）”等数据驱动特征。这些方法虽然流行，但并不一定能够选取真正携带丰富遗传信息、具有遗传生物学相关性的表型轴线。换言之，很多PCA得出的特征主轴，虽然能够涵盖大部分形态变异，却并未必在基因层面具备最大化的解释力，容易遗漏关键的遗传信号。 此外...

学术背景 磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）是现代医学诊断中的重要工具，其效果在很大程度上依赖于造影剂（Contrast Agents, CAs）的使用。传统的MRI造影剂主要基于钆（Gd）的配合物，尽管这些造影剂在临床中广泛应用，但其长期安全性存在争议，特别是在肾功能不全的患者中，可能引发肾源性系统性纤维化（Nephrogenic Systemic Fibrosis, NSF）。因此，开发基于过渡金属的新型MRI造影剂成为了研究热点。过渡金属（如铁、锰）不仅在地球上储量丰富，且具有多种氧化态，能够响应生物环境中的氧化还原变化，从而设计出“智能”造影剂。 此外，肿瘤微环境中的氧化还原失衡是癌症进展和耐药性产生的重要驱动因素。因此，开发能够实时监测组织...

学术背景 生物发光技术（bioluminescence）是一种高度敏感且非侵入性的成像技术，能够在活体生物中进行实时监测，而无需外部光源。荧光素酶（luciferase）是催化发光反应的关键酶，但天然荧光素酶存在诸多局限性，如蛋白质折叠不良、体积大、依赖ATP、催化效率低等。这些限制阻碍了生物发光技术在生物医学研究中的广泛应用。近年来，尽管通过定向进化（directed evolution）等方法对天然荧光素酶进行改造取得了一定进展，但仍无法完全克服这些局限性。 为了解决这些问题，研究团队利用基于深度学习的蛋白质设计方法，从头设计（de novo design）了一类新型荧光素酶，称为NeoLux系列。这些人工设计的荧光素酶不仅具有优异的催化效率、稳定性、体积小、不依赖ATP等特性，还能够与...