研究與創新 |
科大研究人員發現南海存在三層交替旋轉運動的「熱點」源

(文章轉載自EurekAlert!,原刊於2022年6月13日)

 

香港科技大學(科大)港澳海洋研究中心主任甘劍平教授研究團隊於中國南海進行海洋模擬試驗及觀測,透過地球流體動力學理論,揭秘了南海的海洋三維運動特徵。中國南海的複雜海洋環流系統決定了南海水體運動的能量轉化和物質運輸,對生物地質化學過程、碳收支、海洋生態環境健康、區域氣候變化,以及佔世界人口約22%的周邊國家和地區經濟社會的可持續發展至關重要。南海海環流本身及其動力的研究被認為是認知南海的基礎和靈魂。

在過去的幾十年,儘管全球對南海水流運動持續關注,但由於缺乏觀測資料和可靠的海洋模擬模型,及對南海環流背景上的複雜物理過程的認知,科學界對南海的三維水體運動仍然非常模糊,甚至存在誤解。

最近,科大海洋科學系講座教授甘劍平的團隊透過觀測、模擬及利用地球流體動力學理論證明了南海在表層、中層和底層分別存在的流動方向爲逆時針、順時針,和順時針方向的三層交替旋轉環流。研究也發現南海的三層旋轉環流是由「熱點」的陡峭海盆陸坡處的陸坡流組成,並非在整個海域均存在組織有序的運動結構。而陸坡流則受到季候風、黑潮入侵和獨特地形約束的共同作用,並被多尺度海洋環流過程不斷改變和調節。研究首次論述了南海環流的三維結構和物理機制,釐清了科學界一直以來對南海水體運動的誤解。基於此,甘教授團隊於早前建立了受觀測和理論驗證和約束的南海海洋環流和生物地質化學影像化WavyOcean模擬平台。甘教授說:「由於目前未能刻畫邊緣海環流的動力『熱點』,幾乎所有全球模式在同樣的時空解析度下,都無法準確模擬出南海的三層運動流結構及其相關物理過程。因此,有別於大洋環流,我們對受海底地形、海峽交換流、多尺度環流動力過程等多重強迫的全球邊緣海環流的認知和模擬比想像中更具挑戰。」。

甘教授補充:「海洋觀測對海洋研究必不可少,但海上現場觀測的強時空局限性對認知海洋環流結構,特別對開展環流動力的理論分析來說是非常困難的。越來越多的海洋研究和發現需要依靠日臻發展的、且受觀測和地球流體動力理論嚴格驗證的數據模擬系統。海洋數據模擬試驗或模擬『觀測』對海洋研究同樣必不可少。」。甘教授作為計算地球流體動力學的專家,認為模擬的過程不是輸入輸出的代碼遊戲,而是建造一個基於科學的、「精緻」的數據實驗和觀測的過程。除了模擬和預報真實海洋,海洋模擬更是認知海洋過程和現象,輔助探索未知規律的重要科學工具。

是項研究是甘教授團隊聯合澳門大學和南方科技大學研究人員一同努力的成果,研究結果最近已在《自然-通訊》裡發表。研究由港澳海洋研究中心,香港研資局和國家自然科學基金會共同資助。港澳海洋研究中心由青島國家科學與技術實驗室和香港科技大學共同建立。

研究與創新 |
科大研究人員在前所未有的深度實現了小鼠大腦皮層近無創活體成像

(文章轉載自EurekAlert!,原刊於2022年6月13日)

 

香港科技大學(科大)的一個研究小組首次實現穿過完整的小鼠頭骨在腦膜下方750微米這一前所未有的深度,對小鼠大腦皮層內的微小神經結構進行活體成像。這一研究能夠以接近無創的方式在大腦皮層中進行高分辨成像,將進一步促進大腦科學的研究。

對活體大腦中神經元、神經膠質細胞和微血管系統進行直接而非侵入式成像對於增強我們對大腦功能的理解至關重要。近幾十年來,人們一直致力於開發用於完整大腦活體成像的新技術。然而,超聲波成像(超聲波)、正電子發射斷層掃描(PET)和磁力共振成像(MRI)等等現行技術都無法提供足夠的空間解像度來對亞細胞水平的生物結構進行觀察。

雖然三光子顯微技術(3PM)等光學顯微技術可以對活體樣本的結構和功能信息進行高時空解像度顯微成像,然而,當光穿過不均勻的生物組織並與其相互作用時,就會產生光學像差和散射,這從根本上限制了光學顯微鏡在解像度和成像深度上的性能。

要矯正像差並恢復光學顯微鏡在活體成像時的解像度,自適應光學(AO)有希望成為一種解決方案,但它並非沒有缺點:當成像深度增加時,用於傳統波前傳感的導星信號會迅速消失。

在電子與計算機工程系教授瞿佳男教授和生命科學系首席教授葉玉如教授的共同領導下,科大的研究團隊最近開發了一種結合了3PM和兩種AO技術的顯微鏡,實現了對組織深處中低階和高階像差的快速測量和校正。

該系統利用了兩種 AO 技術:基於相敏感方法直接測量焦點電場分布技術和遙距調焦共軛自適應光學技術(CAO)。通過對導星信號進行編碼再解碼,該方法實現了對像差的快速AO測量和校正。這一方法能夠准確測量激光在組織中帶像差的電場點擴散函數,同時快速校正大腦中大成像體積內的像差。

該團隊使用 1300 納米的激發波長驗証了 AO-3PM 系統的成像性能,實現了穿過完整的頭骨在活體小鼠和體外試劑上成像。結果表明,AO-3PM 實現了高空間解像度,在大腦深處顯著提升了熒光信號,並在軟腦膜下方高達 750 微米的深度對小鼠大腦皮質進行了高解像度的結構和功能成像。

此外,通過使用孔徑 AO-3PM,該團隊實現了對開顱手術後的大腦內軟腦膜下方高達 1.1 毫米深處的亞皮層結構的高分辨率成像。利用他們獨特的 AO 技術提供的小焦點,該研究小組進一步展示了AO-3PM 引導精確激光手術的能力,以及穿過完整小鼠頭骨研究大腦皮質中小膠質細胞在手術後的變化的潛力。

瞿教授說:「利用電子技術和光學技術的交叉為實驗生物學提供一種新工具,這絕對是一件有趣的事情。總的來說,我們的研究結果表明,AO-3PM 技術在促進活體成像技術和活體大腦研究方面具有巨大潛力。」

葉教授解釋道:「這種先進的 AO-3PM 系統能夠實現的效果確實令人驚嘆,這種在最佳的生理條件下對大腦深處成像的先進技術的高性能和無與倫比的準確性將大大拓闊我們對活腦的理解。」

研究結果最近發表在《Nature Biotechnology》上。

社區參與及可持續發展 |
舊書的第二人生

10來,漂書活動於全球開枝散葉,但在香港始終未成氣候。有見及此,一群科大校友設計了一個應用程式,希望推動二手書廣泛流通,建立本地閱讀文化。

傳統的漂書模式難以持續,我們堆積了幾千本書都送不出去。

早在2020年,張善行 (Danny) (2002年化學學士) 范兆邦 (Damon) (2003年工商管理學士) 在荃灣成立了漂書會,為愛書之人提供舊書分享平台,但反應平平。兩人直言:「大家都很踴躍捐書,贈書數以千計,但取書的數目只有寥寥幾百。我們只有一個取書地點,很難有效地把書本送出。簡單來說,就是收書太多,取書途徑太少,這種運作模式難以持續!」  

全自動漂書櫃

為了加快書本流通,兩人創辦了「一沓紙」智能漂書櫃,將傳統的漂書過程數碼化,並把這項活動發展為可持續的社會企業。

Danny 說:「我聯絡了一位從事軟件業的科大校友,幫忙編寫一個網絡應用程式,讓捐贈者及使用者網上登記和閱覽書本資料。有了這個程式,再配合特別改造的漂書機,便成為現的智能漂書櫃。」

使用者須事先在網絡程式登記,才可捐贈或預留書籍。只須用手機掃瞄書背的 ISBN 國際標準書號,捐書者就可以快速上載書本資料。網頁會顯示所有書籍供使用者揀選心儀的書本和預約領取。完成預訂程序後,使用者會獲發二維碼,到漂書櫃掃描一下便能取書。

Damon說:「假如48小時內沒人來領取,書本便會重新加入可供預約的名單,提升流通速度。」漂書櫃還設有紫外線快速消毒,配合注重衞生的愛書之人。

擴展良機

憑著這項創新的智能漂書服務,一沓紙成為2022年「陳登社會創業獎得主之一。這個由科大新設的獎項,旨在鼓勵大學成員將創新商業意念轉化為可持續的社會企業,獲獎的六支團隊初創均獲發創業資金。

智能漂書機的贈書和取書量已超過五千本,書本流通迅速。

萬事俱備下, Danny聯絡了當時剛活化重開的中環街市,對方迅即回覆,表示有興趣擺放漂書櫃。

Danny「團隊十分興奮,本地首部智能漂書櫃能登陸在港島這個黃金地點!自從今年二月啟用以來,漂書櫃的書格經常爆滿,書本流通迅速。啟用三個月以來,贈書和取書量已超過5,000本,除了吸引傳媒訪問,我們還收到來自地產發展商、學校、商場和政府部門的查詢。」

出手得盧後,一沓紙團隊繼續積極推廣智能漂書櫃,近月已經成功登陸荃灣一個屋苑、天水圍的一間小學,以及科大 The Base,另外還有多個地點在洽談當中。

另一團隊成員李倩欣 (Jessie) 指出:「智能漂書櫃除了有效實踐ESG目標 (環境、社會及管治),也是STEM教育和應用的範例。」Jessie2002年科大化學系畢業生,現時從事STEM教育:「我們在學校舉辦STEM講座和為同學策劃編程課堂,漂書櫃正是教授物聯網(IoT)的絕佳例子。」

目前,已有一家小學向團隊購入漂書機;老師並協助學生一同編寫適合學校應用的漂書程式。

由於漂書服務免費讓公眾使用,一沓紙要持續營運,便需要開拓收入來源。團隊期望向學校提供編程課堂和出售漂書櫃編程工具包能成為收入來源,支持營運。

實踐綠色生活

一沓紙現有5,000名會員,團隊預期隨著漂書點逐步擴展,會員人數會增至超過 50,000人。

Danny說團隊下一步就是爭取足夠資金擴充業務,在全港增加漂書地點,發揮智能漂書的最大潛能。

「重視ESG的企業越來越多。我們提出的漂書概念,本來就富有『綠色』元素。看見查詢數量持續上升,大家也十分雀躍,亦深信像我們這類推廣環保生活和閱讀的社企,在香港大有可為。」

一沓紙也幫我找到我的第二人生。

對於Damon而言,一沓紙的意義遠高於讓舊書重生。「我從事保險業多年,建立了一定的事業,現在心裡最渴望能為社會出一分力。我最近讀了一本書叫作《翻轉第二人生》,我覺得一沓紙正好幫我找到第二人生,就是跟團隊一起推廣閱讀文化和環保!如果同學有興趣加入一沓紙,歡迎隨時聯絡我們。」

Jessie總結說:「一沓紙團隊匯聚了不同年代、院系和專業的科大人,參與的同學和校友都深信這個項目看似簡單,卻能為香港市民提供閱讀和分享書本的平台,在平凡中顯出非凡意義。」

 

研究與創新 |
科大積極推動神經退行性疾病早期診斷及基因治療研究

香港神經退行性疾病中心(Hong Kong Center for Neurodegenerative Diseases,簡稱HKCeND)由香港科技大學(科大)成立,其研究團隊在阿爾茲海默症(AD)的早期診斷和治療方面取得了重大突破,有望為疾病管理帶來變革。團隊已建立了先進的生物標誌物開發平台,識別出新型的血液生物標誌物,並設計了一套創新的人工智能AD評分系統,可用於預測罹患AD的風險,早期診斷以及劃分患病的階段。團隊還成功研發新型基因治療策略,有助治療阿爾茲海默症。

HKCeND於2020年成立,獲香港特區政府的InnoHK創新香港研發平台提供5億港元起始資金支持,致力推動神經退化性疾病研究及科研成果轉化,以發展成爲世界領先的科研中心。HKCeND的跨學科研究團隊,由來自科大、倫敦大學學院及史丹福大學醫學院的國際知名科學家組成,正合作展開一系列前沿研究,包括研發新型生物標誌物、識別治療靶點和系統因素,以及推動神經退化性疾病診療方法的發展。

AD是一種嚴重的神經退行性疾病,也是最常見的認知障礙症,至今仍未有有效的治療方法。這種不治之症正影響全球超過五千萬人口。目前,AD的診斷和治療面臨巨大挑戰。患者常在病情進入晚期、出現記憶喪失等症狀時,方獲確診。事實上,患者在病徵出現前至少10-20年已經患上了AD。因此,早期診斷至關重要。當患者出現輕度或早期認知障礙時,及早發現有助他們及時進行健康管理和干預,改善治療效果。研究發現,生物標誌物對於阿爾茲海默症早期診斷具有重要作用。

HKCeND研究團隊在生物標誌物研究領域具備超卓實力。他們目前已完成了全球首個針對中國人群AD全基因組測序研究,並建立起首個全面的中國人群AD患者基因數據庫,同時發現了AD相關的遺傳風險因子。這些成果推動HKCeND設立了創新而可靠的生物標誌物開發平台。此外,研究團隊在中國AD患者基因研究的基礎上,進一步利用人工智能技術,開發出首個基於深度學習的多基因評分系統,用以預測罹患AD的風險。

研究團隊還成功識別出血液蛋白生物標誌物,並構建了特定的生物標誌物組合,只需一滴血,即可篩查出AD患者,以及評估其病情發展階段。這項技術可開發成為臨床工具,用於AD的早期診斷和分期。基於其臨床價值,團隊正探討與業界建立戰略合作關係,促進研發成果商品化。這些成就進一步提升HKCeND作爲卓越生物標誌物研究中心的地位,並為精準診斷的發展打下了堅實基礎。

此外,HKCeND研究團隊還致力研發新的阿爾茨海默症治療策略,尤其是基因療法。一直以來,由於缺乏可以跨越血腦屏障的非侵入性、高效的運送工具,基因治療被認爲不具備治療腦部疾病的潛力。 團隊近期開發出全新的運送工具,不僅可以跨越血腦屏障,還可以通過單次、無創的靜脈注射,將優化的基因編輯工具運送到整個大腦,實現高效的全腦基因編輯。藉助這項技術,團隊有效破壞AD轉基因小鼠模型中的AD 基因突變,並在全腦範圍改善AD的病理症狀。這項工作是新型AD治療策略發展一個重要的里程碑。      

香港神經退行性疾病中心主任兼科大晨興生命科學教授葉玉如表示:「我們與來自世界各地的院校攜手合作,吸引有關領域的頂尖科學家在港進行開創性的研究工作。InnoHK計劃為HKCeND提供重要的平台,有效促進跨學科、跨院校的合作,進一步推動對阿爾茲海默症早期檢測及治療的認知。」

作為神經科學領域的國際權威科學家,葉教授補充道:「我們有信心,中心將在推動神經退行性疾病研究方面發揮主導作用,致力培養人才,開展世界一流研究,推動精準診斷及醫療的發展,裨益全球社群。」

中心的研究工作由頂尖科學家帶領,匯聚了60多位來自世界各地的研究人員。中心將不斷擴大團隊規模,正進行招募研究人員,致力培育新一代創科人才。

研究與創新 |
HKUST-led research reveals a novel molecular mechanism that regulates secretion of sonic hedgehog, shedding light on cancer treatments

(This article was originally published on EurekAlert! on May 7, 2022)

 

A research led by Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) has revealed a novel mechanism that regulates secretion of sonic hedgehog (Shh), a key signaling molecular that plays an important role in cancer progression, in mammals, opening the door to novel therapeutic strategies for cancer induced by the hedgehog signaling pathway.

The hedgehog (Hh) signaling pathway is instrumental in regulating embryonic patterning and facilitating the development of the central nervous system and organs of the human body.  Such a pathway transmitting information between cells is initiated by the Hh ligands, which are first secreted from the producing cells and then bound with specific receptors on target cells to induce Hh signaling (Fig. 1).

Hh signaling is a major target for cancer therapy because this pathway, when hijacked by cancer cells, can promote cancer progression.  However, all of the current Hh antagonists function to inhibit the activity of major factors mediating Hh signaling in target cells, but do not effectively block cancer progression that is promoted by the secreted Hh ligands.

Now, an international research team led by Prof. GUO Yusong, Associate Professor of Division of Life Science at HKUST, has revealed the mechanism governing the secretion of sonic hedgehog, a key member of Hh ligands in mammals, from the producing cells, offering new insights into inhibiting its secretion and shutting down Hh signaling pathway when it is hijacked by cancer cells, thereby hindering cancer progression.

In the conventional secretory transport pathway, newly synthesized secretory proteins are firstly translocated into the endoplasmic reticulum (ER), where they are folded and modified.  These proteins are then packaged into transport vesicles to be delivered to the Golgi apparatus to receive further modifications.  Subsequently, they are enriched in transport vesicles at the trans Golgi network (TGN) and delivered to the plasma membrane to be secreted to the extracellular environment (Fig. 1).

To study the secretion of Shh, Prof. Guo’s team used a Retention Using Selective Hooks (RUSH) transport assay to analyze the secretion of sonic hedgehog in a synchronized manner (Video 1).  Using this approach and other classical cellular and molecular biology approaches, the researchers elucidated that the secretion of Shh is regulated by the following steps:

  1. Cargo receptor SURF4 packages Shh into COPII vesicles by directly binding to the CW motif of Shh at the ER (Fig. 2, step 1).
  2. Upon reaching the Golgi, proteoglycans (PGs) compete with SURF4 to bind Shh and promote the dissociation of SURF4 and Shh (Fig. 2, step 2).
  3. The released SURF4 returns to the ER through COPI vesicles (Fig. 2, step 3).
  4. PGs promote TGN-to-cell surface transport of Shh (Fig. 2, step 4).


The research findings not only reveal a novel SURF4-to-proteoglycan relay mechanism that regulates the secretion of Shh, but also indicate that blocking the SURF4-Shh interaction is an effective way to inhibit Shh secretion.

Prof. Guo said, “This presents the possibility of developing novel therapeutic strategies to block cancer progression, especially ligand-dependent cancer progression, induced by Hh signaling pathway.”

The results were recently published in Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), with an US provisional patent already submitted by the research team for consideration.

Prof. Guo is the corresponding author of the paper, while Prof. Elizabeth A. MILLER from MRC Laboratory of Molecular Biology, Prof. YAO Shuhuai and Prof. HUANG Jinqing from HKUST, Prof. ZHANG Liang from City University of Hong Kong, and Prof. HU Junjie from Chinese Academy of Sciences also participated in this study. Dr. TANG Xiao from HKUST is the first author of this study.

研究與創新 |
HKUST researchers reveal RNA elements that enhance the cleavage of pre-miRNAs/shRNAs by DICER

(This article was originally published on EurekAlert! on April 19, 2022)

 

A research team led by scientists from the Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) has revealed how secondary structure RNA elements control the cleavage activity of the DICER enzyme in both pre-miRNA and short-hairpin RNAs, improving the understanding of the DICER cleavage mechanism and providing a foundation for the design of accurate and efficient short-hairpin RNAs for gene-silencing.

In humans, microRNAs (miRNAs) govern multiple biological processes and play essential roles in various cellular functions.  These small RNAs regulate the level of messenger RNAs (mRNAs) used to make proteins.  The dysfunction in mRNA regulation caused by an anomaly in miRNA sequences or expressions is linked with various human diseases, including cancers and neurodegenerative and infectious diseases, making it a useful biomarker for disease diagnosis, prognosis, and drugs for treatments in the biomedical aspect.

The accuracy of miRNA sequences and expression is mainly determined by miRNA biogenesis, a process which involves DICER cleaving miRNA precursors (pre-miRNAs) to generate miRNAs.  Therefore, DICER cleavage controls miRNA expression and sequences, and thus its cleavage impacts miRNA functions.  In addition, the cleavage of DICER has been exploited in a widely-used shRNA (i.e., short-hairpin RNAs) gene silencing technology.  DICER plays a critical part in this technology by cleaving shRNAs into siRNAs, subsequently silencing targeted mRNAs.  shRNAs have been widely used in biological research and have also found their way into biomedical therapies.

In a paper published in Nature Communications on April 19, 2022, the research team, led by Prof. Tuan Anh NGUYEN, Assistant Professor in the Division of Life Science at HKUST, discovered the constructive role of a secondary RNA element called 22-bulge in the cleavage activity of DICER on shRNAs and human pre-miRNAs.

By designing innovative artificial substrate models called two-loop shRNAs, the team were able to conduct high-throughput cleavage assays with more than 20,000 shRNAs containing different sequences and re-construct uncleaved shRNA sequences from the cleaved products.  Using next-generation sequencing and computational analysis, they successfully monitored the activity of DICER cleavage for 20,000 different shRNAs at the same time and comprehensively identified various stem-loop junction structures that control the different cleavage features of DICER, including cleavage sites, double cleavages, single cleavages, and cleavage efficiency.

“Excitingly, among many secondary RNA elements we found in this study, we identified a single-nucleotide element, called 22-bulges, that exhibits the highest cleavage accuracy and efficiency of DICER on shRNAs and pre-miRNAs,” said Prof. Nguyen.  “Therefore, 22-bulges facilitate shRNAs' knock-down (KD) efficiency, allowing us to design a more effective shRNAs used in gene silencing technology.  In addition, 22-bulges are also found in many pre-miRNAs and are critical for proper miRNA production in human cells.”

“Our work allows us to understand the molecular mechanism of DICER cleavage and explain the functions of the secondary structure RNA elements in pre-miRNAs/shRNAs in controlling miRNA biogenesis and KD activity of shRNAs,” another co-first author and Prof. Nguyen’s student Trung Duc NGUYEN explained.  “In an application perspective, our findings provide an alternative approach to improve the current shRNA design for gene-silencing technology with higher KD efficiency and less off-target effect.”

學生發展及生活 |
精英運動員的未圓之夢

蘇慧音和周曉柔同是香港體壇之星,前者於2020東京奧運乒乓球女子團體賽為香港取得首枚銅牌;後者是2019亞洲公開花樣滑冰錦標賽銅牌得主。兩人的生活一直離不開密集式訓練和國際賽事,在披星戴月的運動員生涯裏,她們都希望把自己失落的一角找回來。
 
失落了的校園生活

蘇慧音說:「這10年來,我一直掛念上學的日子。我在中三轉為全職運動員,最初以為幾年後便可回歸校園,豈料每天都給比賽和訓練填滿了。我很懷念上課的日子和校園生活,有時甚至做夢看見自己在上課,醒來後感到很失落。」

身為精英運動員,慧音近10年來一直參與最高水平的乒乓球賽事,23歲的她開始覺得要趁年輕為未來打算。 

「幾個月前開始,我的手部神經損傷逐漸影響訓練,進行重複動作時,慣用手會感到痛楚和肌肉抽搐,令我不得不休息養傷。期間我會閱讀、思考和考慮未來的路向,包括重拾學業的可能,傷患的確加速了我重返校園的決定。於是,我申請入讀科大,一來是因為科大聲譽卓越,二來我姊姊也是科大畢業生!」

慧音透過科大「學生運動員入學計劃」(SAAS)獲理學院錄取,將於2022/23學年開展大學生活,多年夢想終於成真。為了加強支援本地體育精英,為他們提供更具彈性的入學安排,科大進一步加強SAAS,而慧音正是首位主要按體育成就獲錄取的本地學生運動員。

署理學務長周敬流教授說:「香港運動員缺乏在體育以外開拓第二事業的途徑,因此科大積極為他們提供適切的支援和指導。只要運動員對學業抱有熱誠和有足夠的投入度,我們定必幫助他們追尋志趣、實現夢想。科大一向廣納人才,歡迎具備不同才華的學生。」

揭開人生新一章

同屬體壇年輕精英的周曉柔,也一直為退役後的去向感到迷茫。

曉柔說:「年僅17歲的安娜.舒卓芭高娃,已是世界花樣滑冰冠軍兼2022年冬季奧運金牌得主。我若要挑戰自己更上層樓,必須把握這一兩年的時間;同時我也希望為未來鋪路,一邊比賽一邊上大學,就是最理想的安排!」

曉柔去年透過大學聯招,成功入讀科大工學院,現為工程系一年級生。

她續說:「工學院在選課和時間編排方面給了我很多建議,我的課堂都在兩天內完成,方便我利用其餘時間去訓練。」  

對於透過 SAAS 以外途徑入學的運動員學生,科大同樣積極提供支援。   

本科招生及入學事務處處長劉夢琳教授表示,校方會因應每位學生運動員的不同需要,盡可能提供個人化的協助。

劉教授說:「我們有專員聯絡學生運動員和教練,按照他們的個別需要盡量提供協助,例如編排可配合訓練日程的上課時間表,給予課程規劃的建議,甚至個人的學業指導和輔導服務,讓學生運動員代表香港出戰國際賽事時無後顧之憂。」

如有需要,校方也會安排考試改期舉行及延長修業期限。另外,學生運動員若附合條件,亦有機會獲得最多每年港幣 $42,100的全額學費獎學金和 $55,000的生活津貼。儘管學生運動員獲得不少支援,但跟其他學生一樣,成績必須達標才可取得學位。 

有心不怕遲

曉柔說:「大學容許延長修業期限,的確令我大大鬆一口氣!有人說,只要離開滑冰場超過三天,滑冰技巧就要生疏了,我不希望這樣,但也不願意放棄日後研習工程學的機會。」

同樣,慧音也非常渴望證明自己在學業上的實力,正如她在球場上創出佳績。

慧音說:「我仍然有很多力量有待開發,期望在傷癒後作出調整,再回乒乓球場全力拼搏。與此同時,讀大學絕不是輕率的決定,我會努力當好一個科大生,達到學校的要求,我想在學業上取得佳績。」 

談到喜愛的學科,慧音說希望研習物理:「物理學是一門挑戰思考的學科。我讀過許多有關物理學的書,對我提升乒乓球技術很有幫助,例如預測乒乓球路徑。對我來說,知識就是滋養心靈、啟迪思考的良藥。」

周敬流教授從兩人身上看到了無比的決心,還有科大一直推崇的「凡事皆可為」精神。

他說:「好奇心是在大學求學的最大動力,我們希望學生運動員能兩者兼顧,校方會一直與他們並肩前行,共同爭取佳績!」

研究與創新 |
科大推出首個線上海洋環境影像化平台 促進海洋科研與保育

香港科技大學(科大)今天推出首個互動海洋環境影像化平台WavyOcean,覆蓋包括粵港澳大灣區海域,整個中國海1、以及西太平洋水域。平台將促進海洋研究工作,並為包括明日大嶼等重要政策提供寶貴的數據,以使政策制訂者能於海洋保育和社會發展之間取得平衡。

WavyOcean平台利用最先進的海洋數值模擬技術,不但以影像化形式呈現上述海域的變化過程,並提供如三維海洋環流、溫度、鹽度、硝氮濃度、葉綠素、溶解氧等物理和生物地質化學變化的環境數據,以及風力、溫度和壓力等氣象數據供下載。集合這些前所未有的全面數據,這個一站式的平台將為未來的海洋水動力、災害、污染、生態系統和氣候變化研究提供有力的基礎。

領導研究的科大海洋科學系和數學系講座教授甘劍平教授說:「由於在海洋現場收集數據在實際操作上非常困難,而且在空間和時間上受到很大限制,因此在海洋科學研究中,觀測數據是非常稀缺的。因此,我們發展了中國海多尺度海洋模擬系統(CMOMS)及現在的WavyOcean以在時間和空間上覆蓋整個中國海。WavyOcean不但提供區內海洋環流和生態系統的耦合數據,亦以影像化和互動方式呈現海洋能量和物質傳輸、生物地球化學屬性和生態系統的三維時空變化。平台將為研究、海洋管理和公眾提供了一個創新的平台。」

WavyOcean 平台的成立是基於甘教授與其跨學科團隊十多年的紮實研究基礎,亦受惠於天津和廣州國家的超級電腦應用中心。除此之外,平台亦獲得由科大和青島海洋科學與技術國家實驗室自2019年聯手成立的港澳海洋研究中心 (CORE) ,以及香港大學教育資助委員會的主題研究計劃贊助研究項目 Ocean-HK 自2017年起的全力支持發展而成。

甘教授表示:「隨著 WavyOcean 的持續完善,政策制定者和科學家將能更好地研究和部署海洋資源,減輕氣候變化的影響,以及如『明日大嶼』等新政策有可能為海洋生態系統所帶來的潛在影響。同時,我們也希望海洋資訊對於公眾也是觸手可及,令大家能更了解海洋,提高海洋保育意識。」

WavyOcean可於網站或於手機使用 WavyOcean 應用程式查看。

下載應用程式:
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1南海、東海、黃海及渤海。

研究與創新 |
HKUST and UChicago researchers find new ways of leveraging topological defects in liquid crystals to make “computer”

(This article was originally published on EurekAlert! on March 2, 2022)

 

Researchers at the Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) and the University of Chicago (UChicago) have shown for the first time how to design the basic elements needed for logic operations using a kind of soft material called liquid crystal, paving the way for a completely novel way of performing computations with potential applications in robotics.

“We showed that you can create the elementary building blocks of a circuit—gates, amplifiers, and conductors—with liquid crystals, which means you should be able to assemble them into arrangements capable of performing more complex operations,” said Juan DE PABLO, the Liew Family Professor in Molecular Engineering at Pritzker School for Molecular Engineering, UChicago, senior scientist at Argonne National Laboratory, and the senior corresponding author on the paper.  “It’s not often that you are able to see a new way to do computing and it’s a really exciting step for the field of active materials.”

The research aimed to take a closer look at the molecular order in liquid crystals, a soft material that is commonly used in making LCD TVs and laptop screens.  The molecules in a liquid crystal tend to be elongated, and when packed together they adopt an orderly structure that can also shift around as a liquid does.

One consequence of this odd molecular order is that there are spots in all liquid crystals where the ordered regions bump up against each other and their orientations don’t quite match, creating what scientists call “topological defects.”

Scientists are intrigued by these defects, wondering if they could be used to carry information – similar to the functions that electrons serve in the circuits of our laptop or phone.  But it’s proved very difficult to control their behavior.  “Normally, if you look through a microscope at an experiment with an active liquid crystal, you would see complete chaos—defects shifting around all over the place,” said Prof. de Pablo.

But last year, an effort from Prof. de Pablo’s lab headed by Prof. ZHANG Rui, an assistant professor at Department of Physics, HKUST, then a postdoctoral scholar at the Pritzker School of Molecular Engineering, in collaboration with Prof. Margaret GARDEL’s lab from UChicago and Prof. Zev BRYANT’s lab from Stanford, figured out a set of techniques to control these topological defects.

They showed that if they controlled where they put energy into the liquid crystal by shining a light only on specific areas, they could guide the defects to move in specific directions.  In a subsequent new paper, they took it a logical step further and determined that it should be theoretically possible to use these techniques to make a liquid crystal perform operations like a computer.

The results were published in Science Advances on February 23, 2022.

“These topological defects have many of the characteristics of electrons in a circuit—we can move them long distances, amplify them, and shut or open their transport as in a transistor gate, which means we could use them for relatively sophisticated operations,” added Prof. Zhang.

While the results are not likely to become transistors or computers right away, the technique could point the way towards devices with new functions in sensing, computing, and robotics, especially in the field of soft robotics.  Using active liquid crystals, the team said it might be possible to create soft robots that can do some of their own “thinking”.

They can also imagine using topological defects to ferry small amounts of liquid or other materials from place to place inside tiny devices.  “For example, perhaps one could perform functions inside a synthetic cell,” said Prof. Zhang.  It’s possible that nature already uses similar mechanisms to transmit information or perform behaviors inside cells, he said.

The research team, which also includes co-author and UChicago postdoctoral researcher Ali MOZAFFARI, is working with collaborators to carry out experiments to confirm the theoretical findings.

This work used resources of the University of Chicago Materials Research Science and Engineering Center.

學生發展及生活 |
科大加強精英學生運動員入學計劃 取錄奧運獎牌得主蘇慧音

繼大學教育資助委員會(教資會)上周推出為精英運動員而設的新入學計劃後,香港科技大學(科大)取錄了奧運乒乓球獎牌得主蘇慧音,她將於新學年(2022/23)入讀理學院。

2020東京奧運會乒乓球女子團體賽銅牌得主蘇慧音是自教資會新推出「學生運動員學習支援及入學計劃」(SALSA)以來,首位主要按體育表現獲科大取錄的優秀運動員學生。

為鼓勵學生培養包括體育等學術以外的興趣,科大早於三年前推出「學生運動員入學計劃」(SAAS),向學生運動員提供特別入學安排、獎學金、生活津貼、彈性學業安排以及其他相關支援,目前約有15位精英運動員在科大就讀。為支持教資會新推出的 SALSA計劃,大學進一步加強SAAS,為本地優秀運動員申請者提供更多具彈性的入學和支援安排。

除了SAAS顧問委員會,科大將聘請額外學術導師,向入讀科大的精英運動員學生提供更多更靈活和個人化的學業支援,包括延長學習時間、調整學業負擔、考試改期、豁免課堂出席率要求等。他們亦可獲每年港幣 42,100元的全額學費獎學金以及55,000元生活津貼、輔導服務,以及為運動員參與比賽和提供預防受傷與治療傷患訓練提供等資助。

即將於九月開展大學生活的蘇慧音對此感到既緊張又興奮,她表示:「現在距離我最後一次在校上課已有大概十年的時間。我在本應上學的年紀選擇成為一位全職運動員,是因為每位運動員都有其黃金時間,而我希望把我的潛能充分發揮出來。這是一個精彩而收獲豐盛的旅程,而我準備繼續在我人生的第二章節,燃燒這份熱情。」

慧音將修讀學院制的理學課程。她指自己對物理科感興趣,並立志他日從事科研或教育工作。

本科招生及入學事務處處長劉夢琳教授指大學很高興能把如慧音般既有熱誠又出色的學生,帶到科大這個多元的大家庭。她表示:「儘管訓練過程緊湊而艱辛,慧音從沒有放棄過她的學習,她更克服傷患帶來的痛楚,取得勝利。我衷心欣賞這種堅韌的個性,並從她身上看到科大凡事皆可為的精神。大學會為這些才華橫溢的年輕運動員提供全面和支援充足的學習環境,讓他們能在追求學業的同時,繼續為本港爭光。」

為了讓更多本地運動員把握於 2022/23學年入學之機會,科大現已重啟「學生運動員入學計劃」予非聯招申請者。不論經聯招或非聯招途徑申請的運動員,其截止日期均為3月31日。詳情請瀏覧計劃網站

教與學 |
育才傳薪的數學家

時光回到1996年,梁承裕獲當時成立只有數載的科大數學系取錄成為一年級新生,正等待發掘自己的志向。

「我還清楚記得第一天踏足科大,校園人頭湧湧的情景仍然歷歷在目,興奮之餘又有點兒不知所措。大學生活到底是怎樣?畢業後我會做甚麼?一切了無頭緒,唯一確定的是我熱愛應用數學。」由科大「新鮮人」到今天成為數學系教授及理學院副院長,梁教授語帶興奮地回想在科大的青葱歲月。

他在科大度過了三年充實多彩的本科生生活後,進而完成兩年的哲學碩士課程。畢業前夕,梁承裕與其他同學一樣,寄出多封求職信申請教師職位,焦急地等待回音。

「那時候,我們都以為數學畢業生的出路就是當中學教師,有穩定的職業,過著安穩的生活。但我等了又等,卻一直未有收到聘書。」梁教授說。

塞翁失馬,焉知非福,時任數學系系主任鄭紹遠教授留意到梁承裕的才華及潛力,便力勸這位應屆畢業生重新考慮自己的將來,趁年輕把握機會,去美國繼續深造。

「鄭教授堅持不懈,多番建議我去美國攻讀博士學位。」梁教授笑說。「那時候,海外交流並不普遍,我便想,反正我在科大從未到過海外見識,去美國讀書就當是一趟遲來的交流之旅。」

世有伯樂,然後有千里馬。梁教授2001年負笈美國,投入於新的研究環境,他對數學的熱情有增無減,最終學有所成。八年間,他除了在加州大學洛杉磯分校 (UCLA) 取得數學博士學位,亦在加州大學爾灣分校進行了三年博士後研究。他曾以為自己永遠不會離開美國了。

「博士後研究結束後,我在美國四處尋找大學教職,此時鄭教授又再聯絡我,問我有沒有興趣回科大執教鞭。」梁教授說。「畢竟我在加州生活差不多十年,擔心自己能否重新適應香港的生活。但拒絕母校的邀請實在說不過去,於是我回來了。」

傳授數學以外的知識

自2009年回到母校後,梁教授不斷尋找新挑戰,在教學和研究以外,還肩負學生輔導和課程設計等重任。在創新的同時,梁教授亦保留傳統教學的優勢,目的是讓學生打好基礎。他的課堂沒有美輪美奐的簡報,白板和筆記就是教授數學的最佳工具。

「我的教學方法看似古板老套,但對學生來說是非常有效的學習方式。」梁教授笑道。「上課拉開白板、解決數學問題、做作業、考中期試,再考大考,去蕪存菁,重複循環。唯有如此,學生才能充分領略課堂所學。數學重視基礎,打好根基後,才能拾級而上學習更深奧的知識。」

本地大學在2009年由三年改為四年制,要求本科生修讀不同副修科和跨學科課堂以增廣見識。轉變雖大,但梁教授欣然接受這項新挑戰。

他說:「目前,我們在學生的初期學習階段已著手訓練他們的主動性和自主學習能力。舉個例子,科大的本科生研究計劃(UROP)要求本科生自行進行研究,對我那一代的學生而言也許是一大挑戰,但這一代的學生不單止有拼勁,他們的研究結果也經常讓我大開眼界。學生修讀不同學科既可以擴闊知識界限,也可以激發求知慾,主動尋找答案。」

科大在2005年推行UROP,旨在令本科生能更早參與和體驗研究工作,發掘他們從事研究的興趣。

「自從我成為UROP的導師後,親睹不少經我指導的傑出學生勝任不同領域﹐令人欣喜。」梁教授說。「我指導的首位研究生現在成為浸會大學的助理教授,他在UROP和碩士課程時已經鋒芒畢露,之後更獲得裘槎基金獎學金前往牛津大學攻讀博士。」

千里馬成為伯樂

時代變遷,投身學術界已不再是數學畢業生的唯一出路。能為社會培育楝樑,讓他們在不同範疇發光發亮,是梁教授職業生涯中的最有意義的部分。「學生畢業後在大學覓得教席固然令我感到欣慰,但我更樂見很多畢業生在不同領域一展所長,如資訊科技、商界、金融甚至初創等。」

梁教授續說:「我們最近也邀請了一些在投資銀行及加密貨幣行業有所成就的博士畢業生回校,與後輩分享經驗。我們當然沒有教過他們投資之道,事實上,他們受過應用數學的嚴格鍛鍊,累積到的技巧例如數字演繹、決策和演算法等可用於不同行業,因此,越來越多僱主發現具有穩健數學基礎的畢業生,能迅速適應不同的工作環境和職責。」

近年,梁教授積極參與行政工作,包括招生和籌辦恒隆數學獎,讓他有機會接觸不同種類的任務,同時又忙得不亦樂乎。

「我現在輔導六名研究生,當中四人是碩士生,二人是博士生,是我回來科大之後數目最多的一屆。多年的教學經驗令我明白,我的工作除了傳授知識,也要從學生的角度出發,幫助他們理解及掌握課堂知識。」

為提升年輕人對STEM教育的興趣,以及分享他對數學及科學的熱忱和體驗,梁教授開始了自己的博客YouTube頻道,透過年輕人常用的渠道與他們溝通和交流。教學,早已不再局限在傳統課室之中。

「我年少時曾誤以為自己的前途選擇無幾。」梁教授說 。「現在我想所有人明白,海闊天空,理想無限,讀甚麼科目也如是。努力耕耘,期待收穫,豐盛之路,就在前面。

研究與創新 |
HKUST scientists reveal the mechanism of skeletal muscle stem cell activation in muscle regeneration

(This article was originally published on EurekAlert! on February 24, 2022)

 

A research team led by LIFS Assoc. Prof. Tom CHEUNG has discovered the constructive role of a protein in driving the skeletal muscle stem cell activation to repair muscle following damage, laying the foundation for further study in the mechanisms of stem cell quiescence-to-activation transition and stem cell-based muscle regeneration.

Skeletal muscle stem cells, or satellite cells (SCs), are indispensable for repairing damaged muscle and are key targets for treating muscle diseases. In healthy uninjured muscle, these reserve stem cells lie in quiescence, a dormant state, to maintain the resident stem cell pool for future muscle repair. When muscle damage occurs, these quiescent muscle stem cells will quickly “wake up”, generating enough muscle progenitor cells to build new muscle.

Despite being a critical step in muscle regeneration, the muscle stem cell quiescence-to-activation transition remains an elusive process, and scientists’ understanding of its mechanism and the true quiescent SC proteomics signature – the information about the entire set of proteins – has been limited.

Recently, using a whole mouse perfusion technique developed in its own laboratory to obtain the true quiescent SCs for low-input mass spectrometry analysis, a team of scientists at the HKUST revealed that a regulating protein called CPEB1 is instrumental in reprogramming the translational landscape in SCs, hence driving the cells into activation and proliferation.

“In our study, we found discordance between the SC proteome and transcriptome during its activation, revealing the presence of a post-transcriptional regulation,” said Prof. Tom CHEUNG, lead researcher of the team and S H Ho Associate Professor of Life Science at HKUST. “Our analysis shows that levels of CPEB1 protein are low in quiescent SCs, but upregulated in activated SCs, with loss of CPEB1 delaying SC activation.”

In their subsequent RNA immunoprecipitation sequencing analysis and CPEB1-knockdown proteomic analysis, the researchers found that CPEB1 phosphorylation regulates the expression of the crucial myogenic factor MyoD – a protein involving in skeletal muscle development – by targeting some of the sequences found within the three prime untranslated region (3'UTR) of the target RNA transcript to drive SC activation.

Their findings were recently published online in the journal Nature Communications on February 17, 2022.

“It means that the manipulation of CPEB1 levels or phosphorylation can increase SC proliferation to generate enough myogenic progenitor cells for muscle repair, which could be a potential therapeutic target for muscle repair in the elderly,” noted Prof. Cheung, adding that the findings will play a fundamental role in the field as scientists continue to probe more comprehensively the mechanisms of stem cell quiescence exit and stem cell-based tissue repair.

The next step of the team’s research will involve assessing muscle regeneration in vivo in CPEB1-knockout mice to further strengthen the role of CPEB1 in SC-mediated muscle regeneration. “Furthermore, using high throughput screening, we can discover compounds that can upregulate CPEB1 protein expression to boost muscle regeneration,” Prof. Cheung said.