学术成果

1. 细胞尺度全脑神经纤维重建新技术

2. 新一代术中分子导航平台实现前列腺癌恶性程度实时分级

3. 离电型尖端压力导丝

4. 发现靶向H7亚型禽流感病毒血凝素头部独特保守表位的广谱中和抗体

5. 从语音到高保真超声舌成像生成的反向重建框架

6. 基于全身[¹⁸F]FDG PET/CT构建跨器官代谢网络揭示糖代谢系统性失调模式

7. 全景解析大湾区河口碳“源–汇”格局与生态驱动机制

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中国科学院深圳先进技术研究院脑所徐放、肖彦洋、毕国强团队联合中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）刘赐融团队建立了一种具有细胞分辨率的全脑神经纤维重建新技术CABLE（cytoarchitecture-based link estimation），在Nature Methods上发表了题为"Whole-brain reconstruction of fiber tracts based on cytoarchitectonic organization"的研究成果。

研究发现，在尼氏染色等常规组织学染色下，神经细胞与胶质细胞的胞体和细胞核朝向及排布具有细胞构筑朝向一致性。CABLE技术通过计算图像梯度来提取这种细胞结构的方向性，再利用球面反卷积得到方向分布函数，进而利用纤维示踪算法实现三维纤维追踪，实现了在灵长类动物乃至人类脑组织中以细胞尺度完整重建全脑三维神经纤维通路。该方法突破了传统扩散磁共振成像在毫米级分辨率下精度的局限，同时规避了轴突病毒示踪通量低、难以人脑应用等瓶颈，为高精度脑连接图谱构建提供了新的技术路径。徐放副研究员、肖彦洋副研究员、毕国强教授、刘赐融研究员为论文的共同通讯作者，深圳先进院博士生张越、神经科学研究所博士生、深圳先进院博士后杨朝宇为论文的共同第一作者。

图1 CABLE技术实现猴脑及人脑高精度神经纤维重建

中国科学院深圳先进技术研究院医工所、医学成像科学与技术系统全国重点实验室郑海荣、杨慧团队与复旦大学李聪、王杭、余锦华团队合作，研制出一套基于表面增强拉曼散射与微流控技术的术中导航系统，实现了前列腺癌恶性程度的原位、快速、无标记分级。在Nature Biomedical Engineering上发表了题为"Label-free navigation system for grading prostate tumour malignancy in situ via tissue pH and prostate-specific antigen activity"的研究成果。

该系统通过微流控自动采样、纳米传感阵列与人工智能分析相结合，可在术中实时生成“肿瘤恶性程度地图”，为医生精准切除提供直观依据。144例前列腺癌患者临床试验显示，该系统识别高级别肿瘤的精准度高达89%，显著优于传统术中检查方法。该系统具备全流程自动化、无需外源标记物、可连续提取的核心优势，有望发展为术中“实时病理”技术，为实现“最大化肿瘤切除、最小化功能损伤”的临床目标提供技术支撑。该成果标志着我国在肿瘤手术分子导航领域取得重要突破，推动了“分子边界”理念在临床的落地，为提升多种实体肿瘤手术的精准性和安全性提供了创新解决方案。郑海荣院士、余锦华教授、杨慧研究员、王杭主任、李聪教授为论文的共同通讯作者，深圳先进院陈思卉、复旦大学金子义、董孝严、赵铮为论文共同第一作者。

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图2 免标记拉曼导航系统术中实现前列腺癌恶性分级

中国科学院深圳先进技术研究院集成所神经中心助理研究员关方怡与西安电子科技大学副教授白宁宁作为共同第一作者，合作开发了以人体为信号传输通道的医疗器械设计新模式，在Nature Biomedical Engineering上发表了题为"Iontronic tip-sensing guidewires"的研究成果。

冠脉血管沉积物的积累会导致血管狭窄，使血流量减小并增加中风等冠脉紊乱的风险。医生通过基于光学、压电或压阻式传感器的商用压力导丝对血流储备分数的检测，来评估血管狭窄处血压的生理学影响但这些压力导丝有脆性大、操控性有限和成本高的局限。我们提出了一种新型离电型尖端传感导丝（Iontronic tip-sensing guidewire，简称ITG）。该传感导丝将微小离电尖端传感器集成在低成本和高操控性的商业工作导丝上，利用生物本身的离子传导特性，血管内压力变化会引起金属和离子凝胶界面电容的变化，能够检测血流的微小变化，其性能优于商业压力导丝。ITG省去了传统导丝中必须的多条信号传输导线，从本质上将导丝的操控性能提升至理想水平，其有效性在活体兔子、羊和猪模型体内均得到了验证。ITG对商业工作导丝的兼容性将使介入医疗器械的设计得到升级。南方科技大学郭传飞教授、中国科技大学王柳教授为论文的共同通讯作者，关方怡助理研究员和西安电子科技大学白宁宁副教授为论文的共同第一作者。

延伸阅读：Nature Biomedical Engineering | 深圳先进院联合研发离电型压力导丝技术

图3 离电型尖端传感导丝（ITG）的设计、制备和工作原理

中国科学院深圳先进技术研究院医药所万晓春团队与广州国家实验室施一团队、中国科学院微生物研究所高福团队、深圳市第三人民医院杨扬团队合作，成功在感染H7N9禽流感幸存者中分离出靶向H7血凝素头部保守表位的广谱中和抗体6Y13，在PNAS上发表题为"Structural basis for a potent human neutralizing antibody targeting a conserved epitope on the H7 hemagglutinin head"的研究成果。

人感染H7N9禽流感尚无特效药物和疫苗，病死率39.2%，且具备潜在的大流行风险，已成为全球公共卫生关注的焦点。流感病毒血凝素（hemagglutinin，HA）头部区是高效中和抗体结合的热点区域，但是靶向头部区的抗体常因毒株变异而失效。因此，开发靶向HA头部新型保守表位的中和抗体并设计组合疗法已成为应对禽流感的重要研究方向。6Y13抗体可以强效广谱中和H7亚型流感病毒，能够100%预防和治疗H7N9感染小鼠。抗体-抗原复合物冷冻电镜结构显示，6Y13结合在HA头部区受体结合位点侧边的一个独特保守表位。抗病毒机制研究结果显示，6Y13通过抑制病毒的受体结合发挥中和作用。这些成果为防治H7禽流感储备创新药物，并为禽流感疫苗的研发提供了参考。万晓春研究员、施一研究员和高福院士为论文的共同通讯作者，深圳先进院李俊鑫助理研究员、广州国家实验室王敏副研究员、深圳市第三人民医院杨扬研究员为论文的共同第一作者。

延伸阅读：PNAS | 发现靶向H7亚型禽流感病毒血凝素头部独特保守表位的广谱中和抗体

图4 6Y13抗体与HA蛋白复合物的冷冻电镜结构

中国科学院深圳先进技术研究院集成所王岚团队，与中山大学第八附属医院招少枫团队及香港大学 Manwa Lawrence Ng 团队合作，首次提出统一扩散模型框架，实现从语音直接自适应生成高保真超声舌成像，在Information Fusion上发表了题为"Towards Unified Diffusion Model for Speech to Ultrasound Tongue Imaging Synthesis"的研究成果。

在言语障碍评估与康复领域，声学-发音反转技术能够从语音信号直接反演内部发音器官运动，但其长期受限于病理语音-舌动数据稀缺、健康与病理语音存在领域偏移等难题，导致模型难以处理未知语音信息。研究团队针对这些痛点，构建包含统一扩散模型架构、无监督发音模式提取及自适应条件融合模块的语音-超声生成框架，无需为不同人群单独训练模型，即可自动化区分正常与异常语音特征，并动态融合语音与发音模式信息生成相应的超声舌成像。该成果为远程言语康复（辅助患者家庭训练）、临床辅助诊断（医生评估言语功能）及语言教学与保护（直观展示发音要领、留存罕见语言特征）提供新路径，有助于解决言语康复医疗领域专业资源紧缺、分布不均等问题，为言语障碍评估与康复领域提供思路。王岚研究员和深圳先进院燕楠研究员为论文的共同通讯作者，深圳先进院研究助理杨毓栋、高级工程师苏荣锋为论文的共同第一作者。

延伸阅读：INFFUS｜深圳先进院开发首个语音驱动舌超声图像生成的统一生成框架

图 5 从语音到超声舌成像的合成的统一生成框架

中国科学院深圳先进技术研究院医工所、医学成像科学与技术系统全国重点实验室胡战利团队，与北京大学深圳医院董孟杰团队合作，基于全身[¹⁸F]FDG PET/CT，首次系统揭示了从正常血糖到糖尿病的跨器官代谢协调变化模式，在European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging上发表了题为"Mapping systemic inter-organ metabolic networks across glycemic continuum using whole-body [¹⁸F]FDG PET/CT and machine learning"的研究成果。

研究团队首次系统揭示了从正常血糖到前驱糖尿病再到糖尿病的跨器官代谢协调失衡模式。基于1149名受试者的全身[¹⁸F]FDG PET/CT数据，团队构建了覆盖20个主要器官的全身代谢连接图谱。结果显示前驱糖尿病表现为广泛但轻度的跨器官协同减弱，而糖尿病阶段则呈现少数器官通路的集中性断裂，提示系统性失衡向局灶性重构转变。进一步的配对器官分析显示，前驱糖尿病阶段肾脏、肌肉及免疫代谢轴最早受损，而糖尿病阶段脑-肝、脑-肌肉等关键中枢调控通路明显减弱。在个体层面，研究团队构建了个体特异的全身代谢网络，发现前驱糖尿病具有更大的个体差异性，而糖尿病则呈现少数但更严重的异常路径。这表明，前驱糖尿病仍处于多方向、轻度且可能可逆的代谢波动期；一旦进入糖尿病阶段，系统便向少数关键器官轴集中崩解，形成结构性损伤。该研究为利用全身PET/CT开展系统性代谢表型研究提供了可扩展框架，并为糖代谢异常的早期识别、风险评估和精准干预提供了新的思路。胡战利研究员和董孟杰教授为论文的共同通讯作者，深圳先进院陶学桐博士后为论文的第一作者。

延伸阅读：EJNMMI | 深圳先进院合作绘制跨血糖状态的全身代谢网络图谱

图6 基于全身[¹⁸F]FDG PET/CT的跨器官代谢网络构建示意图

中国科学院深圳先进技术研究院集成所姚泓名团队与暨南大学王艳团队、中国海洋大学林贤彪团队开展合作，以珠江口伶仃洋为研究对象，通过高时空分辨率原位监测，突破河口碳“源/汇”单一化认知局限，在城市河口海岸带区域碳循环机制研究中取得关键进展。在Water Research以及Limnology and Oceanography Letters上分别发表了题为"Coupled acidification-nitrification dynamics in eutrophic estuarine waters"、"Coupling air-water CO₂ flux and primary production dynamics under hydrologic variability in a large urban estuary"的研究成果。

研究团队创新性揭示：珠江口并非单一碳“源”或“汇”，而是河流与海洋共同塑造的 “空间划分碳处理器”—上游河流影响区为强CO₂释放源；下游海洋影响区为吸收汇，距离河口约40公里处为“源–汇”转换阈值区域，受水文混合与营养盐利用效率调控。此外，发现系统洪汛期碳通量远高于旱季的“季节性脉冲效应”，且存在40–60%浮游植物固碳因异养作用被重新释放的“碳循环回路”，导致传统碳汇估算可能被系统性高估。同时证实中游为“酸化–硝化”耦合的热点区域，富营养化驱动形成自我强化反馈回路，是固碳效率下降的核心微观机制。姚泓名副研究员为分别为两篇论文的第一作者与通讯作者。

延伸阅读：Water Research&LO-Letters | 揭示大湾区碳“源-汇”机制与生态驱动力

图7 大湾区海域碳“源–汇”格局的驱动机制