赛事动态 - 第 15 页 - Regeneron ISEF 国际科学与工程大奖赛

Regeneron ISEF 2025 大奖：BCHM014 - 用于溶菌酶检测的新型生物传感器

溶菌酶（一种抗菌酶）的检测对单核细胞白血病、结节病和阿尔茨海默氏症等疾病具有重要意义，在精准抗生素治疗、预防性疾病诊断、天然防腐剂以及增强先天免疫力的生物技术研发中仍具有核心作用。尽管现有的生物传感器检测限较低，但其对溶菌酶的精确检测依赖于改性纳米粒子、特定适体等的使用，这会增加生产成本，影响其在工业中的普及。因此，本研究介绍了一种利用分子印迹聚合物 (MIP) 技术检测溶菌酶的电化学生物传感器，该传感器具有生理相关的检测限、定量限和空白限，并具有显著的琼脂糖自修复能力，同时将生产成本降低至每个传感器 0.40 至 0.50 美元。该研究通过循环伏安法评估和优化了生物传感器结构的性能：（i）通过加入 ZnO QD，（ii）通过使用聚乙烯醇-聚乙二醇基质，以及 iii）通过赋予琼脂糖凝胶自修复能力，最终得到优化的 1% MIP、5% PVA - 2% PEG、4% ZnO Qds 和 8% 琼脂糖凝胶基质。该传感器的结构用途广泛，只需通过简单的修改——用目标蛋白质本身的 MIP 替换传感器结构中的 MIP——即可轻松应用于其他研究不足的蛋白质，从而为早期研究不足的蛋白质提供一种精确的检测方法。

Regeneron ISEF 2025 大奖：BCHM021 - 利用新型共轭化学生成AOC

寡核苷酸，尤其是siRNA，因其能够精准靶向“不可成药”的靶点而备受关注。siRNA（小干扰RNA）能够结合并引导细胞质中的RNA诱导沉默复合物（RISC），从而导致特定靶向mRNA的降解。尽管寡核苷酸化学技术取得了进展，但将其递送至肝外组织仍然是一项挑战。目前FDA批准的递送系统，例如脂质纳米颗粒（LNP）和三价GalNAc，主要靶向肝脏。然而，抗体正逐渐成为一种有望将寡核苷酸靶向肝外递送的方案。抗体寡核苷酸偶联物（AOC）利用抗体基于受体的摄取功能，将siRNA精准递送至身体的目标区域。然而，目前用于生成AOC的化学方法要么效率低下，要么缺乏位点特异性。我的研究提出了一种用于生成AOC的新型位点特异性偶联技术。该方法结合了酶促转谷氨酰胺酶反应和逆电子需求狄尔斯-阿尔德 (IEDDA) 反应。具体而言，通过转谷氨酰胺酶将四嗪连接体添加到抗体上，然后通过尺寸排阻色谱法 (SEC) 进行纯化。然后，使用 IEDDA 将 siRNA 与抗体连接体偶联，并用 SEC 进行纯化，使寡核苷酸与抗体的比率 (OAR) 达到 ~1，并通过紫外-可见光和疏水相互作用色谱法进行确认。聚集率极低 (<5%)，内毒素水平低 (<0.5 EU/mg)。这种新颖的偶联化学方法成功生成了抗氧化活性化合物 (AOC)，并将在体内测试其敲低效果。未来的应用包括将这种化学方法应用于生成其他形式的抗体，例如抗体连接型脂质纳米颗粒 (Ab-LNP)。

相关文章：

Regeneron ISEF 2025 大奖：BCHM030 - 代谢中机器学习的酶距离概念

理解和重建代谢途径有助于识别与全身性疾病（例如癌症和心血管疾病）相关的生物标志物和代谢变化。然而，在大多数代谢组学数据集中，超过一半的实验检测到的代谢物可能未经注释，这使得它们在特定途径中的参与程度在很大程度上未知。本研究表明，距离概念可以通过确定未注释代谢物与已知代谢物之间的“距离”来帮助将其定位到代谢网络的特定部分。“酶促距离”这一新概念的提出是为了量化代谢过程中任意两种代谢物在酶促步骤和它们之间的物质流动方面的分离。酶促距离由两个指标来评估：共享原子映射数和反应中心原子数，这两个指标是两种化合物反应路径的平均数。然后，对单变量和多变量多层感知回归模型进行了超过 100 个周期和 30 次交叉验证迭代的训练和评估，以仅根据目标代谢物的化学结构特征来预测它们之间的酶促距离指标。单变量（R2=0.961）和多变量（R2=0.958）回归模型能够稳健地预测原子映射，而单变量（R2=0.876）和多变量（R2=0.859）回归模型对反应中心的预测准确率则显著降低。单变量回归模型对这两个指标的预测准确率高于多变量回归模型（p值<0.001），因为分别预测这两个指标的准确率更高。量化和预测已知和未知代谢物之间的关系有助于解释人体中未注释的代谢物，从而有助于代谢疾病的检测和解释。

相关文章：

Regeneron ISEF 2025 大奖：BCHM024 - Gid8 对癌症 Wnt 信号的调控

超过90%的结直肠癌和50%的乳腺癌是由Wnt信号过度活跃引起的。它是由突变型β-catenin（果蝇中的ArmS10）的过度核易位驱动的，但确切的易位机制尚不清楚。Gid8是一种已知能促进正常Wnt信号传导的泛素连接酶，但从未在过度活跃的癌性Wnt信号传导中进行过测试。本研究旨在探究Gid8在过度活跃的Wnt信号传导中的作用，并精确定位介导其参与的功能域。对表达ArmS10（有/无Gid8敲低）的GAL4/UAS编辑果蝇进行了分析。Gid8敲低抑制了过度活跃的Wnt活性，挽救了癌性表型（p<0.0001），揭示了Gid8作为致癌Wnt信号传导的新型调控因子。荧光成像显示，Gid8 与 Kinesin-2/IFT140（p<0.0001）共定位，后者是引导野生型 β-catenin 的转运蛋白，提示 Gid8 参与了核转运。这揭示了一种此前未被认识的机制，或许可以解释 ArmS10 的入核机制。此外，免疫共沉淀试验证实了 Gid8/ArmS10 的结合（p<0.01），这首次提供了生化证据，证明 Gid8 促进了高活性 Wnt 信号转导中的核转位。为了进一步明确这些发现，研究人员将野生型或突变型 Gid8 转染入人胚肾细胞。结果显示，只有野生型 Gid8 定位至细胞核，而 C 端突变则阻止了其定位（p<0.0001）。这证实了 Gid8 C 端在 Wnt 活性中的重要作用，并强调了其作为干扰高活性信号转导的靶点的作用。这项研究揭示了 Gid8 及其 C 端作为过度活跃的 Wnt 信号传导的新型高度特异性调节器，为破坏当前疗法失败的 Wnt 驱动癌症提供了一个有针对性的切入点。

相关文章：

Regeneron ISEF 2025 大奖：BEHA048 - emoTune：基于人工智能的自闭症表达教练

自闭症谱系障碍 (ASD) 患者难以理解面部表情。尽管辅助技术已经发展到可以帮助这些人识别通过面部表情所描绘的情绪，但这些现有方法仍然存在缺陷。本实验引入了一种新的辅助技术方法，即一款名为 emoTune 的 iOS 应用，它可以帮助用户在自己的时间识别和形成面部表情。emoTune 的有效性通过参与者在改良版 BERT（柏林表情识别测试）测试和自我识别的七种最常见情绪图像中的进步来衡量。参与者使用 emoTune 练习了七周，并被分成两组：使用 emoTune 练习的参与者和未使用 emoTune 的参与者（对照组）。练习的参与者每周使用 emoTune 2 至 7 天（每天 10 分钟），以确保规律性，同时为他们的时间投入提供灵活性。研究最后以改良版 BERT 测试作为比较。自闭症患者在初次评估中的得分低于神经正常人群，而两组患者（也使用 emoTune 进行练习）在两次评估之间均表现出识别和形成方面的进步。

相关文章：

Regeneron ISEF 2025 大奖：BEHA031 - 用道德基础打击虚假信息

政治两极分化催生了虚假信息滋生的回音室效应。当虚假信息与政治意识形态相符时，它会强化偏见，阻碍气候变化、健康和全球冲突等问题的进展。虽然研究主要集中在识别和限制虚假信息，但很少有研究测试如何利用经过事实核查的信息来突破回音室效应。我的项目旨在填补这一研究空白，测试即使在政治回音室中，运用道德基础构建经过事实核查的信息是否能够提高参与度。运用道德基础理论，我使用五种道德基础——权威、神圣、忠诚、关爱和公平——来构建经过事实核查的标题。构建是指呈现强调不同道德基础的信息。由于人们认为道德基础比政治意识形态更具先天性，因此这种方法测试道德框架是否能够提高可信度和参与度（分享和点击在线信息）。我进行了两项实验：1）一项有来自七个国家的1012名受访者参与的对照实验；2）一项真实世界测试，其中道德框架标题覆盖超过67000人，其中超过2300人点击查看事实核查信息。结果表明，道德框架显著提高了参与度。具体而言，自由主义者更多地关注关怀和公平框架，而保守主义者更多地关注神圣和忠诚框架。可信度在道德框架对参与度的影响中起中介作用。这些发现表明，利用道德基础重新构建事实核查标题可以有效打击虚假信息并弥合政治分歧。这种方法可以改善公众在疫苗接种、健康饮食和气候变化等关键问题上的对话。

相关文章：

Regeneron ISEF 2025 大奖：BEHA074 - 一本关于并闭集猜想的书

为了弥补STEM人才需求日益增长与数学家短缺之间的差距，我们编写了一本儿童读物，将并闭集猜想这一复杂数学概念的定义和应用，与通俗易懂的故事叙述相结合，以培养儿童对数学领域的兴趣。先前的研究证实，儿童通过文学背景更容易理解数学主题。通过编写书籍并进行焦点小组测试，我们发现，将并闭集猜想融入奇幻场景的书籍确实能够促进对这一猜想的学习，更重要的是，激发学习的兴趣。

相关文章：

Regeneron ISEF 2025 大奖：BEHA038 - 改善阿尔茨海默病患者的情绪水平

患有阿尔茨海默病的老年人群经常会经历情绪低落，这会加剧他们的症状并缩短他们的寿命。治疗这些低落情绪的最常见方法是处方药；然而，这些药物方法并不总是有效，也并不总是容易获得。本研究检验了以下假设：拼图游戏（无论是否配合芳香疗法）可以显著改善患有阿尔茨海默病的老年人群的情绪。居住在记忆护理机构的老年人被随机分成两个不同的治疗组。第一组拼图游戏约 30 分钟。第二组患者在拼图游戏的同时接受薰衣草芳香疗法约 30 分钟。两组都有志愿者协助他们，并在接受治疗前后使用观察情绪评定量表 (OERS)（Lawton 等人，1999）观察患者的情绪水平。采用相关样本t检验成对比较每位患者治疗前后的情绪，结果显示两组患者的情绪均有显著改善。进一步比较发现，接受芳香疗法并进行拼图游戏的组患者的情绪改善显著优于未接受芳香疗法的拼图游戏组。这些结果支持了以下假设：接触多种刺激物有助于改善老年阿尔茨海默病患者的情绪，这有力地表明薰衣草的宜人香气和拼图游戏的认知主题能够唤起怀旧之情。

相关文章：

Regeneron ISEF 2025 大奖：BEHA066 - 通过肠道微生物组对夏威夷健康进行分区

夏威夷原住民和太平洋岛民 (NHPI) 患有心脏代谢健康问题的比例过高，糖尿病死亡率是一般人群的 3.32 倍，但只有 3% 的少数族裔中心研究对 NHPI 数据进行了分类。\n\n本研究开发了分区-微生物组整合模型 (ZMIM)，这是一个新颖的框架，可以量化欧胡岛 NHPI 社区的分区政策、肠道微生物组组成和心脏代谢健康之间的关系。该研究将夏威夷地理信息系统 (GIE) 分区数据与健康测量数据和肠道微生物组图谱 (n=1,656) 相结合，使用机器学习来识别居住环境和非居住环境中的模式。\n\n结果显示，居住区的 NHPI 个体表现出肠道微生物多样性降低（中位数：0.155），同时 BMI（系数：4.737，P<0.01）和 A1c 水平升高。教育程度成为显著的保护因素，尤其是在居住区（系数：-0.858，P<0.01），但在非居住区则不然，这表明教育在不同的区域划分背景下提供的健康益处存在差异。SHAP 分析发现，混合用途的接近性是影响肠道菌群多样性的排名最高的分区特征（重要性：0.172），在 92% 的引导样本中位列前茅。\n\nZMIM 框架提供了一种标准化方法，用于量化分区政策如何通过肠道菌群改变影响健康，并提供了一种可复制的方法来检验其他土著社区中的类似关系，并在临床症状出现之前识别环境暴露的早期生物学指标。

相关文章：

Regeneron ISEF 2025 大奖：BEHA039 - PnVR：个性化VR自然疗法

精神疾病是全球性的公共卫生流行病，影响着全球18.8亿人。自然剥夺（ND）会使焦虑症增加38%，抑郁症增加33%，死亡率增加5%，从而加剧了这一问题。虚拟现实自然疗法（VRNT）通过接触360度自然内容来降低这些风险。然而，目前尚无通用的系统来个性化这种疗法。本研究旨在开发一种新型的个性化软件系统，用于管理首个个性化VRNT（个性化自然虚拟现实——PnVR）。PnVR的个性化系统是一个用户友好的Web应用程序，包含三个交互式偏好评估任务和一个输出个性化疗法的复杂后台软件。PnVR是在Visual Studio Code上使用HTML、CSS和JavaScript创建的。21名参与者在个性化系统中完成了随机化、定向化和生物群落排名任务。随后，参与者在经历了一项压力诱导任务后，完成了两项治疗干预，一项是个性化的（通过PnVR），另一项是非个性化的。每次治疗前后均收集受试者的自我报告心理健康水平。结果表明，该系统的可用性和准确率均高达95.24%。此外，与目前的非个性化疗法相比，PnVR显著降低了负面情绪（p < 0.05，r = 0.67）和压力（p < 0.01，r = 0.53）。这些结果表明，PnVR既是一种高度准确的个性化方法，又在提高心理健康水平方面优于目前的非个性化疗法。PnVR的应用有望改变当前的虚拟现实心理健康疗法，同时帮助那些患有精神疾病的弱势群体。

相关文章：