摘要:健康是人类生存和发展的基础，提高人类健康水平是可持续发展的一项重要目标。随着社会科学技术的发展，生物工程作为一门综合性学科，正日益成为驱动实现这些目标的重要推手。本专刊从工程设计、疾病诊断、基因治疗、细胞治疗等方面阐述了生物工程技术在健康领域的发展现状，展望了未来发展趋势，推动生物工程为人类的生命健康事业提供参考。

摘要:DNA组装是合成生物学研究的核心技术。随着合成生物学的发展，研究者开发了依赖于DNA聚合酶或DNA连接酶的不同DNA组装技术；为了降低组装成本和便于实现DNA组装的自动化，也发展了一些非酶依赖的DNA组装技术；而几百kb到Mb的大片段DNA的组装则多数依赖于微生物体内重组。文中主要综述了酶依赖、非酶依赖和体内同源重组三类DNA组装技术及其发展情况。

摘要:酶在医疗和生物药物方面有着广泛的应用，不仅可以用来治疗各种疾病，还在临床诊断和人体健康等方面有着重要的影响。利用微生物来表达异源蛋白已经成为获取酶最简单快速的方法。为获得高浓度和高质量的异源蛋白，常用的方法是对基因序列进行密码子优化。传统的密码子优化策略主要基于密码子偏好性和GC含量，忽略了翻译动力学和代谢水平等复杂多样的变化因素。文中从基因水平、转录水平、翻译水平、翻译后水平以及代谢水平等多方面考虑出发，提供了一个较为全面的密码子优化策略，主要包括密码子偏好性、密码子协调性、密码子敏感性、调整基因序列结构以及一些其他影响因素。同时对每种策略的内容、理论支持以及应用范围等方面作了全面的总结，并将各策略的优缺点进行了系统的比较，为异源蛋白表达提供了全方位、多层次、多选择的优化策略，也为酶工业和生物药物等方面提供参考。

摘要:细胞所处微环境的动态变化对细胞分化、细胞信号通路、个体生长以及疾病等有很大影响。光遗传学技术利用基因编码蛋白质表达并结合光控的手段为动态调控细胞信号通路、细胞定位和基因表达等方面提供了一种全新、无损、可逆、非侵入、时空特异性的研究手段。文中总结了光遗传学元件的类型以及涉及的细胞信号通路，并探讨了光控细胞信号通路的应用与未来发展前景。

摘要:膜具有保护、支撑、分散和分离的功能，通过表面修饰和接枝/负载选择性配基或催化剂等可赋予膜更多的功能，因此膜技术在生物检测中的应用越来越广泛，其发挥作用的方式和途径也极其多样化。对功能膜的理性设计可以满足生物检测过程中不同环节的需求，包括生物样品的前处理、制备、响应和传感等。文中简述了分离膜的功能化方法，并对目前膜技术在样品制备和检测过程中的应用以及多功能膜集成的研究进行综述。通过梳理面向生物检测的功能膜设计、制备和应用研究进展，以期更好地发挥膜材料结构和功能的优势，构建更加“适应”检测环境的高效、稳定检测平台。

摘要:无细胞合成生物系统，能够在体外完成生命转录翻译过程，因体系灵活开放、便于控制、表达周期短、高耐受性等特点，可表达细胞系统难以表达的蛋白质。随着无细胞生物传感和体系冻干技术的不断发展，其在医药健康领域的应用不断拓展。本文综述了无细胞合成生物学在按需生物医药合成和便携式医疗检测等医药健康领域的研究进展，该体系的进一步发展有潜力实现更复杂后修饰蛋白质药物的合成、可丰富无细胞生物传感器类型并提高其灵敏性。无细胞合成生物学作为新兴工程策略，未来必将更好地应用于高通量医药蛋白质筛选、新型病原体的检测等医药健康领域。

摘要:随着液体活检技术的发展，血浆游离DNA成为当前的研究热点之一。血浆游离DNA的全基因组甲基化测序被认为在癌症检测等医学应用拥有巨大潜力，但目前尚缺乏针对该实验流程的实用稳定性评估。文中利用两名志愿者在不同时间采样的血浆游离DNA，在不同实验平台分别进行DNA甲基化的重亚硫酸盐转化前建库 (Pre-BS)、转化后建库 (Post-BS) 和常规DNA建库，获取多因素影响下的测序数据样本。在此基础上，建立了一套血浆游离DNA测序数据分析的质量控制参考流程，综合评估了血液采集提取、游离DNA建库测序过程的实用稳定性，为血浆游离DNA全基因组甲基化测序应用于临床液体活检提供实用性的基础参考。

摘要:20世纪60年代，科学家首次提出利用基因治疗治愈遗传疾病的概念。这一全新的概念性策略旨在通过将外源性遗传物质引入患者体内来获得长期的治疗效果。五十年的风雨沉浮，21世纪取得的里程碑式突破为基因治疗开启了新的篇章。文中回顾和总结了基因治疗的发展历程和重大突破，包括一些重要的临床试验和已批准上市的基因疗法，以及新兴的基因编辑技术。相对于传统疗法的独特优势，基因疗法将会成为治疗遗传疾病的重要手段，必将造福全人类。

摘要:肿瘤是21世纪威胁人类健康的主要疾患之一。临床上，实体瘤治疗仍以手术切除、放化疗和靶向治疗为主，但这些方法往往不能根除肿瘤病灶，易导致肿瘤复发和进展。肿瘤免疫治疗是利用人体的免疫系统，通过增强或恢复抗肿瘤免疫力实现控制和杀伤肿瘤的一种新的治疗模式。肿瘤免疫治疗能够在众多患者中产生持久反应，过继性免疫治疗和免疫检查点阻断剂治疗均可产生显著的抗原特异性免疫反应。肿瘤浸润淋巴细胞 (TILs)是一种存在于肿瘤组织内部具有高度异质性的淋巴细胞，在宿主抗原特异性肿瘤免疫应答中发挥关键作用。最新研究表明，在肿瘤发生和治疗过程中，TILs的亚群组成和数量与患者预后密切相关；抗肿瘤的TILs介导的过继性免疫治疗方法已在多种实体瘤中取得了良好的疗效。文中就实体肿瘤中TILs的研究进展作一综述。

摘要:肝细胞肝癌是全球发病率和死亡率最高的恶性肿瘤之一，发病率和死亡率呈逐年上升趋势。我国是肝癌大国，每年肝癌的死亡病例数位居全球第一。免疫治疗是继手术、化疗和放疗之后新兴的癌症治疗手段，其通过解除肿瘤微环境对免疫细胞的抑制作用并激活机体免疫功能，实现控制和杀伤肿瘤细胞。常用的免疫治疗的方法有免疫检查点治疗、过继免疫治疗和肿瘤疫苗治疗等。与传统治疗手段相比，免疫治疗因具有增强机体免疫功能、延缓肿瘤进展、延长患者生存时间等优点，逐渐成为基础和临床研究的热点。文中就免疫治疗在肝癌领域的研究进展作一综述。

摘要:嵌合抗原受体T (CAR-T) 细胞疗法是一种利用合成受体特异性靶向抗原的过继性细胞疗法(ACT)，目前在血液肿瘤的治疗中有极大的临床应用价值。虽然美国食品药品监督管理局 (FDA) 已经批准两款CAR-T药物上市，但CAR-T疗法在治疗过程中仍然存在一些副作用，如细胞因子释放综合征 (CRS)、神经毒性、B细胞功能缺失等。同时，CAR-T疗法在实体瘤治疗中的效果甚微，主要原因是缺乏特异性靶点以及肿瘤微环境对CAR-T细胞功能的抑制等。文中将从CAR的结构设计、临床应用、合成生物学对新型CAR的优化来阐述应用CAR-T细胞疗法治疗肿瘤所面临的挑战及广阔前景。

摘要:肠道微生物是近年来新兴的热门研究领域，它与人类疾病健康存在着密切的关系。伴随高通量测序技术的发展，研究者们发现了肠道微生物在疾病的诊断与治疗中的潜力。合成生物学通过设计编辑工具以及反馈回路，可以构建具有诊断疾病或者靶向治疗疾病的肠道微生物工程菌株。这些工程菌能够对环境进行感知、计算和反馈。本文概述了改造后的肠道微生物在疾病诊断与治疗中的应用，同时阐述了目前改造后肠道微生物的临床应用现状，并对“工具短缺”以及目前改造后肠道微生物所存在的安全性等问题进行了讨论。

摘要:纳米发电机 (摩擦纳米发电机和压电纳米发电机) 技术自被提出以来得到了迅速发展，该技术可将人体动能、风能、声波能、海洋能等各种机械能转化为电能，并应用于自驱动健康监测及生理功能调节，如脉搏传感、神经电刺激、心脏起搏等。文中综述了纳米发电机的结构、工作原理、输出性能及其在循环系统、神经系统、生物组织、睡眠及水下救援等方面的最新研究进展，并在此基础上进一步分析了纳米发电机技术应用到临床治疗所面临的挑战。未来纳米发电机有望成为辅助电源，甚至取代传统电池类电源用于驱动医疗电子器件，实现人体自驱动健康监测及生理功能调节。

摘要:粘合材料作为一种重要的辅助材料，在工业包装、海洋工程以及生物医药等多个领域都有广泛的应用需求。天然存在的粘合剂如贻贝足丝粘合蛋白等具有良好的生物相容性和生物可降解性，但因其来源受限及在生理环境下较弱的粘合性能，因此在生物医药领域的应用受到了限制。从自然生物的粘合现象中汲取灵感，各种利用化学或生物合成方法制备的仿生粘合材料应运而生，针对生物医药领域的特定需求，一些新兴粘合材料在生物相容性、生物可降解性以及组织粘附等方面都表现出在医药领域应用的潜力。展望未来，受自然粘合材料兼具环境响应、自我再生和自修复等特征的启迪，各种生物灵感和生物仿生粘合材料的开发势必是未来的发展热点，而合成生物学技术为创建具有上述特征的活体粘合材料提供了新的可能。

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