首例！濒临死亡的女性接受心脏泵和猪肾移植的联合手术；新方法在常压下就能产生钻石 | 国际科研周报

来源：环球科学、科技日报、中国科学报、新华社等

美国一位濒临死亡的女性，首次接受了心脏泵和猪肾移植的联合手术

来源：NYU Langone Health

据美国纽约大学朗格尼健康中心消息，世界首例机械心脏泵和基因编辑猪肾移植联合手术已在该院完成。患者丽莎·皮萨诺（Lisa Pisano）是一位54岁的女性，患有心力衰竭和终末期肾衰竭。由于身患多种慢性疾病，她的身体不支持心脏和肾脏移植，且缺乏适用的捐赠器官。

当地时间4月4日，医生为皮萨诺植入了心脏泵，这是一种左心室辅助装置，通常用于等待心脏移植或被判定不适合接受心脏移植的患者。4月12日，皮萨诺又接受了基因编辑的猪肾及猪胸腺移植。这个病例是首例带有机械心脏泵的患者接受器官移植手术，已知第二例基因编辑猪肾移植手术的案例，这也是首次将猪肾和猪胸腺一起移植到患者体内，其中猪胸腺能帮助训练人体的免疫细胞，进而降低免疫排斥反应。此前第一例接受基因编辑猪肾移植的患者里克·斯莱曼（Rick Slayman）于3月完成手术，已于本月回家。皮萨诺的医生表示，目前皮萨诺还没有表现出器官排斥的迹象，不过也不能认为完全摆脱了困境，移植专家正密切关注患者的情况。

https://nyulangone.org/news/first-ever-combined-heart-pump-gene-edited-pig-kidney-transplant-gives-new-hope-patient-terminal-illness

维生素D或能增加抗肿瘤能力

一些微量营养素和降低肿瘤发病率和多种癌症的死亡率相关，且能增强机体对免疫检查点疗法（一种抗肿瘤的疗法）的反应，进而更好地治疗肿瘤。而其中维生素D如何影响癌症免疫治疗，以及这种影响是否涉及免疫系统或微生物组仍不清楚。一项于4月25日发表于《科学》（Science）的新研究表明，膳食维生素D可以调节肠道微生物群，增强小鼠对癌症免疫疗法的反应。这些发现阐明，维生素D与肠道细菌、机体对癌症免疫反应之间鲜为人知的联系，并表明维生素D可能是癌症免疫和免疫治疗成功中潜在的重要因素。

研究人员发现在小鼠体内维生素D的生物利用度增加，会导致微生物组的变化，有利于厌氧的革兰氏阴性细菌——脆弱拟杆菌（Bacteroides fragilis，也存在于人的肠道中）的生长。研究显示，脆弱拟杆菌会增强免疫介导对癌症的抵抗力，包括对黑色素瘤发展的抵抗力，以及改善小鼠对免疫检查点抑制剂的反应。更重要的是，研究人员发现增强的抗癌免疫力可以通过粪便移植转移到其他小鼠身上。不过研究人员指出，还需要对人群进行纵向研究，以弄清维生素D、饮食补充微生物群和癌症免疫之间的相互作用。

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adp1309

原子光钟在摇晃的船上保持超精确的时间

原子钟在现代基础设施中应用极其广泛，从交通、云计算到通信系统等。但原子钟通常无法兼顾超精确与坚固这两个特性。据《自然》新闻（Nature news）报道，在4月24日发表于《自然》的一项研究中，科学家制造了一种精确的原子钟，它可以在摇晃的海军舰艇上运行，每天的误差仅为300万亿分之一秒。

原子钟用于计时的节拍器，本质上是原子核外电子在能级间振荡时辐射的电磁波频率。基于铯以及其他辐射微波频率电磁波的元素的原子钟已经使用了几十年，且已经能做成便携设备。而以可见光频率辐射电磁波的原子光钟虽然更精确，但其设备往往有餐桌大小，且需要在实验室控制的稳定条件下运行。美国Vector Atomic公司最近制造的光钟只有约3个鞋盒大，重约26千克，尽管其精度不如最好的实验室光钟，却比目前传播使用的类似尺寸的始终高出1000倍。这种光钟使用了碘分子，这种分子对温度、磁场、压力等波动的敏感度低于某些原子，而且它可以用实验室常用的紧凑型激光器使碘分子振荡，这保证了碘光钟的稳定性。研究团队将3台光钟置于海军军舰上，进行了为期三周的航行测试，发现尽管存在震动和摇晃，其性能几乎与在实验室中一样好，一天内的时间误差可以保持在300皮秒以内。作者表示，如果能进一步缩小光钟，未来或许可以将其用于全球导航卫星等领域。

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07225-2

太阳表面四个区域几乎同时爆发太阳耀斑

来源：NASA / SDO and the AIA, EVE, and HMI science teams / helioviewer.org

据spaceweather.com报道，当地时间4月23日，美国航空航天局（NASA）的太阳动力学观测台（SDO）观测到太阳表面相距数十万千米的四个区域几乎同时爆发，其中包括三个太阳黑子与一根磁丝的区域，它们通过太阳外层大气中几乎看不见的磁环相连。

这种在大范围区域内几乎同时发生的成对太阳爆发事件被称为感生耀斑。此前研究人员曾认为这样的成对爆发只是异常的巧合，但2002年的一项研究显示，这些太阳黑子会通过日冕中几乎不可见的磁环相连，一些不稳定的扰动可以迅速从一个区域传播到另一个区域，从而引发连锁爆发反应。这次的感生耀斑不单纯是一对，而是一个复杂的“四重奏”，覆盖了太阳面向地球的半球的大部分。根据太阳和日球层探测器（SOHO）发布的图像，可以看到爆发后一些日冕物质被抛射离开了太阳表面，如果其中一个掠过地球磁场，可能会引发小型G1地磁风暴，最有可能的影响日期是当地时间4月25日和4月26日。

https://www.spaceweather.com/archive.php?view=1&day=23&month=04&year=2024

磁星罕见巨大耀发

巨耀发是一种短暂暴发事件，会像伽玛射线暴（GRB）那样释放出极大量的能量。在大约50年间，我们的银河系和邻近的大麦哲伦云中的磁星只出现过三次此类耀发。远距离的能量暴发难以确定来源，因而阻碍了人们观察更远处磁星的巨耀发。最近，在一项发表于《自然》（Nature）的研究中，天文学家观察到比邻星系M82的一个磁星（强磁化中子星）出现巨耀发。磁星巨耀发是罕见的暴发事件，这次最新发现基于对一次据说是GRB的分析，或可为此类事件频率提供新见解。

作者和同事报告了国际伽玛射线天体物理实验室（INTEGRAL）卫星上搭载的灵敏设备观测到的一个名为GRB 231115A的暴发，它来自约1200万光年外的M82星系中心，该星系为星暴星系，正在发生快速的恒星形成。作者认为，其光谱和时间特征加上事件后数小时的X射线和光学观测，以及引力波信号的缺失，表明这次暴发来自一个磁星的巨耀发。他们总结说，M82这样的星暴星系已知会产生陀星，可能是研究巨耀发的理想目标。

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07285-4

在标准大气压下生长钻石

矮行星“创神星”拥有罕见的行星环

来源：Pixabay

天然钻石的形成通常需要高温高压的条件，温度在900℃~1400℃之间，压力在5~6GPa之间。而人工合成钻石最常见的方法也需要近6万倍大气压和高达1600摄氏度的条件。据《科学》新闻（Science news）报道，最近一篇发表在《自然》（Nature）上的文章描述了使用液态金属在1atm（标准大气压）和1025℃下生长无晶种颗粒的金刚石晶体和多晶金刚石薄膜的方法，打破了传统的金刚石生长模式。

这项研究的作者此前关注到一项研究，当液态镓暴露于甲烷中，甲烷中的碳原子会溶解在熔融金属中，并结合成固态的片状石墨烯。受该研究启发，作者和同事尝试将金刚石晶种置于硅晶片碎片，并添加熔融镓和其他液态金属的液滴，然后将混合物暴露在甲烷或其他含碳气体中，希望气体中的碳会扩散到液态金属中，并与钻石晶种结合形成更大的晶体。最初，他们发现硅晶片似乎会阻止钻石的生长，但最终却在金属内发现了一系列微小的钻石晶体。在新研究中，作者使用小坩埚改进了配方，他们将含有液态镓、铁、镍和硅的混合物加热至1025℃，并暴露在甲烷和氢气中，无需晶种或额外的压力，这些金属会“溶解”碳，而硅似乎能以某种方式帮助碳原子排列。作者及团队已经能用这种技术制造由数千个紧密排列的微小晶体组成的钻石薄膜，不过对于未来更广泛的应用，还要取决于这项技术的规模化能推进到何种程度。

https://www.science.org/content/article/diamonds-grown-without-extreme-pressures

生物的发光能力首次出现在5.4亿年前

据《自然》新闻（Nature news）消息，生物发光（生物通过化学反应发光）在自然界中至少独立演化了94次，并在这些生物伪装、求偶、交流等行为中，起到了重要作用。目前，已知最早可以生物发光的生物是生活在约2.67亿年前的介形类（ostracods）海洋动物。不过4月23日，一项发表于《英国皇家学会会刊B》（Proceedings of the Royal Society B）的研究揭示了生物发光可以追溯到5.4亿年前的八放珊瑚（octocoral）。

八放珊瑚是一类古老的软体动物，其中包括很多会发光的物种。研究人员分析了185种八放珊瑚的遗传数据，建立了演化图谱，并参考化石年代确定了该物种谱系分开的时间。随后， 他们在其中标出含有会发光物种的分支，并利用统计数据推测它们的共同祖先是否也具有发光能力。具有共同特征的现存后代越多，祖先具有该特征的可能性越高。分析表明，八放珊瑚可能在约5.4亿年前拥有一个会发光的共同祖先，也就是说生物发光至少从寒武纪（大约5.4亿到4.85亿年前）就已经存在了。这一研究也为了解发光能力的演化带来了重要见解。

https://doi.org/10.1098/rspb.2023.2626

在小规模设施中创造超过太阳核心温度的等离子体

地球上总质量最重的野生哺

想要实现核聚变，首先需要制造高温的等离子体。由于离子比电子重一千倍以上，等离子体中的两种成分可以以不同的速率加热和冷却，因此物理学家担心电子会像热汤中的冰块一样，限制离子加热。自人类首次实现核聚变反应以来，只有少数聚变技术能制造出电子温度高于1000万摄氏度（大致与太阳核心温度相当）的等离子体。最近，在一篇发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）的文章中，美国核聚变能源公司Zap Energy利用Z箍缩聚变实验装置（Fusion Z-pinch Experiment，FuZE）测量了电子温度在1100万至3700万摄氏度的等离子体，克服了实现聚变反应的一项关键障碍。

FuZE最初由美国能源部高级研究计划局（APAR-E）资助，后转移至Zap Energy。与一些聚变方案使用超导磁体约束等离子体不同，Zap Energy公司FuZE装置用到了剪切流Z箍缩技术。这是一种简单的等离子体约束方案，需要通过等离子体细丝携带的大电流引导，借助等离子体自身的电磁场，能够加热并压缩等离子体。通过优化这项技术，研究人员最终在FuZE中测量到电子与离子一样热的等离子体，其中电子的温度与聚变中子（聚变离子的主要产物）的产生几乎同时达到峰值，表明等离子体已处于热平衡态。由于不需要昂贵、体积巨大的超导磁体，利用Z箍缩技术实现聚变的装置往往规模更小且成本更低，而这项结果很好地展现了这项技术在小规模低成本设备上实现聚变的潜力。

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.155101

印度计划到2030年实现无碎片太空任务

来源：NASA

据印度空间研究组织（ISRO）消息，印度提议到2030年实现无碎片太空任务（DFSM），即在航天器再入大气层时，基本不在轨道上留下碎片，并于当地时间4月16日在第42届机构间空间碎片协调委员会（IADC）会议上宣布了这一倡议。

目前，我们还很难预测航天器在重返大气层的过程中是否可以完全烧毁。例如，就在上个月，从国际空间站扔出的废旧电池碎片砸到了美国佛罗里达州的一户人家，而美国航空航天局（NASA）原本预测这些垃圾会在再入大气层的过程中完全烧毁。

https://www.isro.gov.in/Debris_Free_Space_Missions.html

用大脑类器官测试神经发育疾病疗法

蒂莫西综合征是一种严重的多系统疾病，其特征为危及生命的心脏缺陷、自闭症、癫痫和其他神经精神症状。此前的研究发现，CACNA1C基因编码参与钙细胞信号传导的钙通道蛋白与这种疾病有关，或是一个潜在的治疗靶标。据一篇于4月24日发表于《自然》的论文，研究人员在基于干细胞构建的大脑类器官和类组装体中，测试了严重神经发育疾病——蒂莫西综合征（Timothy syndrome）的一种潜在基因修正疗法。研究证明这一模型对于测试当前这种不治之症的治疗策略，具有重要的价值。

研究人员开发了一种利用反义寡核苷酸（短链合成RNA）靶向部分CACNA1C基因的策略。为测试这种策略，他们用来自3名蒂莫西综合征患者的干细胞，分别创建了类器官模型。他们先将这些类器官移植到年轻大鼠的大脑内，发现这些类器官会生长和发育出成熟细胞类型并与大鼠大脑融合。研究人员随后注射了反义寡核苷酸，发现钙通道缺陷在这些大脑类器官中得到了修正。研究显示，这些大脑类器官（人类干细胞源的3D类脑组织）能用于较好地复现疾病，而单次鞘内注射反义寡核苷酸可挽救患者和CACNA1C相关的神经元钙通道变化等，或是治疗蒂莫西综合征的一种潜在方法。

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07310-6

《科技导报》创刊于1980年，中国科协学术会刊，主要刊登科学前沿和技术热点领域突破性的成果报道、权威性的科学评论、引领性的高端综述，发表促进经济社会发展、完善科技管理、优化科研环境、培育科学文化、促进科技创新和科技成果转化的决策咨询建议。常设栏目有院士卷首语、智库观点、科技评论、热点专题、综述、论文、学术聚焦、科学人文等。