麻省理工科技評論評選的14大醫(yī)療領(lǐng)域突破科技（上）

　　《麻省理工科技評論》從2001年開始，每年都會公布“10大突破技術(shù)”，即TR10（Technology Review 10），并預(yù)測其大規(guī)模商業(yè)化的潛力，以及對人類生活和社會的重大影響。

　　這些技術(shù)代表了當(dāng)前世界科技的發(fā)展前沿和未來發(fā)展方向，集中反映了近年來世界科技發(fā)展的新特點(diǎn)和新趨勢，將引領(lǐng)面向未來的研究方向。其中許多技術(shù)已經(jīng)走向市場，主導(dǎo)著產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，極大地推動了經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和科技創(chuàng)新。

　　正如《麻省理工科技評論》主編JasonPonTIn所說，突破性技術(shù)的定義非常簡單，那就是能夠給人們帶來高質(zhì)量運(yùn)用科技的解決方案。有些技術(shù)是工程師們天才創(chuàng)意的結(jié)晶；而有的則是科學(xué)家們對長期困擾他們的問題所采取的諸多嘗試的集大成者（比如深度學(xué)習(xí)）。評選“10大突破技術(shù)”的目的不僅僅是向人們展示新創(chuàng)新成果，同時(shí)也是為了強(qiáng)調(diào)是人類的聰明才智促生了這些創(chuàng)新技術(shù)。

　　因此動脈網(wǎng)將為你篩選從2012年~2016年的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的科技突破。由于技術(shù)更迭快，因此只梳理最近5年之內(nèi)的。鑒于文章篇幅太長，將分為上下兩篇，每篇介紹七種技術(shù)。本文為上篇。這些技術(shù)是為解決問題而生，將會極大地?cái)U(kuò)展人類的潛能，也有可能改變世界的面貌，值得在未來給予特別關(guān)注。

　　納米孔測序的流程圖

　　它能讀取較長的基因片段，這有助于理解基因組的復(fù)雜區(qū)域

　　成熟期：至少10年后

　　突破點(diǎn)：將單鏈DNA拉過蛋白孔，檢測堿基穿過時(shí)電導(dǎo)的微小改變

　　重要性：基因組測序更快，更便宜，更方便，開啟個(gè)性醫(yī)療時(shí)代

　　該領(lǐng)域主要參與者：Oxford Nanopore

　　縱觀測序技術(shù)的發(fā)展歷程，沒有哪一個(gè)技術(shù)像納米孔測序那樣慢熱。1996年哈佛大學(xué)的Daniel Branton、加州大學(xué)的David Deamer及其同事，在美國國家科學(xué)院院刊PNAS雜志上首次發(fā)表文章指出，可以用膜通道檢測多核苷酸序列。利用納米孔進(jìn)行測序的理念是非常直觀的：讓DNA堿基一個(gè)個(gè)穿過納米孔，同時(shí)快速鑒定每一個(gè)堿基。和其他DNA測序方法相比，它不需要使用熒光試劑來鑒定堿基或敲除DNA分子或者擴(kuò)增片段，能快速發(fā)現(xiàn)基因易位等情況。

　　2005年，Bayley、Gordon Sanghera和Spike Wilcocks創(chuàng)立的Oxford Nanopore公司，驗(yàn)證了納米孔測序的商業(yè)能力。 該技術(shù)提供了一種方法，使基因組測序更快，更便宜，并且足夠方便，讓醫(yī)生作為最常規(guī)的測序方法，開創(chuàng)了個(gè)性化醫(yī)學(xué)的時(shí)代，不過準(zhǔn)確率方面還有待提高。

　　尤其是2012年，Oxford Nanopore 公司推出了一種掌上納米孔測序儀MinION，方便攜帶也很便宜。它能讀取較長的基因片段，這個(gè)平臺的平均讀長大約在5kb左右，最長能達(dá)到20kb，這有助于理解基因組的復(fù)雜區(qū)域。MinION還可以插入筆記本電腦的USB接口，在屏幕上顯示數(shù)據(jù)生成的過程。最近發(fā)表的研究顯示MinION相當(dāng)實(shí)用，能準(zhǔn)確測序小基因組（比如細(xì)菌和酵母基因組），區(qū)分親緣關(guān)系很近的細(xì)菌和病毒，讀取人類基因組的復(fù)雜區(qū)域等。

　　今年，哥倫比亞大學(xué)的車靖岳（Jingyue Ju）和哈佛大學(xué)的George Church教授合作開發(fā)了基于納米孔的單分子邊合成邊測序（SBS）系統(tǒng)，對這一測序技術(shù)進(jìn)行升級，打造了高通量的單分子納米孔測序平臺。但目前科學(xué)家正在通過減緩DNA序列通過納米孔速度的方式提高此項(xiàng)測序的準(zhǔn)確度，畢竟目前來看，該技術(shù)尚不成熟。

　　哈佛大學(xué)生殖生物學(xué)家喬納森·蒂利

　　人類也有一種類似老鼠等動物的卵原干細(xì)胞，或可成為無盡的卵子來源

　　成熟期：受質(zhì)疑

　　突破點(diǎn)：精確細(xì)胞分選技術(shù)，從成人卵巢內(nèi)分離出了卵原干細(xì)胞

　　重要性：在實(shí)驗(yàn)室中大量培育卵原干細(xì)胞，治療女性不孕不育，甚至延遲卵巢早衰

　　該領(lǐng)域主要參與者：馬薩諸塞總醫(yī)院、OvaScience、Jonathan TIlly

　　哈佛大學(xué)生殖生物學(xué)家喬納森·蒂利（Jonathan TIlly，同時(shí)在馬薩諸塞總醫(yī)院指導(dǎo)了一個(gè)生殖生物學(xué)中心）研究團(tuán)隊(duì)，證明了人類也有一種類似老鼠等動物的卵原干細(xì)胞，或可成為無盡的卵子來源。因?yàn)閷τ谝粋€(gè)女性來說，到了40歲之后，卵子的數(shù)量和質(zhì)量就會下降，“卵原干細(xì)胞”的發(fā)現(xiàn)有望為治療女性不孕不育，甚至延遲卵巢早衰提供新方法。

　　這些卵原干細(xì)胞來自于成年女性的卵巢，說明女性成年后仍然有可能形成新的卵子。如果能在實(shí)驗(yàn)室中大量培育這種卵原干細(xì)胞，也意味著醫(yī)療上擁有了無盡的卵子來源。這一發(fā)現(xiàn)對女性卵子數(shù)量在出生時(shí)就已被限定的傳統(tǒng)觀點(diǎn)形成挑戰(zhàn)。

　　蒂利團(tuán)隊(duì)曾在2004年首次證明，雌性老鼠在進(jìn)入成年后還能持續(xù)制造出卵母細(xì)胞。后來蒂利團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一個(gè)更加精確的細(xì)胞分選技術(shù)，并使用該技術(shù)從成人卵巢內(nèi)分離出了卵原干細(xì)胞，得到的細(xì)胞像老鼠卵原干細(xì)胞一樣，能自發(fā)形成具有卵母細(xì)胞特征的細(xì)胞，這些卵母細(xì)胞擁有人類卵巢內(nèi)卵母細(xì)胞的物理外表和遺傳表達(dá)模式。

　　蒂利表示，研究有望用于建立人類卵原干細(xì)胞庫，最關(guān)鍵的是可能找到方法讓卵原干細(xì)胞在試管受精中發(fā)育成成熟的人類卵母細(xì)胞，以改進(jìn)試管受精的結(jié)果，并為不孕不育癥提供新療法。不過截止到目前，卵原干細(xì)胞仍然受到質(zhì)疑，也并沒有通過卵原干細(xì)胞培育成任何新生兒。

　　總部位于波士頓的OvaScience正在將蒂利的工作商業(yè)化。該公司的聯(lián)合創(chuàng)始人包括風(fēng)險(xiǎn)投資家Christoph Westphal和哈佛大學(xué)抗衰老研究員David Sinclair，他們創(chuàng)立了Sirtris PharmaceuTIcals公司，并于2008年以7.2億美元的價(jià)格出售給GlaxoSmithKline。OvaScience在2012年就募集了4300萬美元，用于追求干細(xì)胞的生育治療和其他應(yīng)用，目前公司運(yùn)營良好。

　　記憶移植，目前仍然受到很多質(zhì)疑

　　不太遠(yuǎn)的一天，當(dāng)嚴(yán)重記憶喪失的病人可以從電子植入物獲得幫助

　　成熟期：尚不成熟

　　突破點(diǎn)：使用記憶數(shù)據(jù)，信號被硅芯片轉(zhuǎn)換成為一個(gè)長期記憶的方式

　　重要性：為長期記憶缺失患者做修復(fù)性的移植

　　該領(lǐng)域主要參與者：Theodore Berger

　　這個(gè)想法是如此大膽，所以遠(yuǎn)在神經(jīng)科學(xué)的主流之外，西奧多·伯格（Theodore Berger）是這個(gè)行業(yè)有遠(yuǎn)見的先驅(qū)者的角色。他是南加州大學(xué)洛杉磯分校的生物醫(yī)學(xué)工程師和神經(jīng)科學(xué)家，他設(shè)想在不太遠(yuǎn)的一天，當(dāng)嚴(yán)重記憶喪失的病人可以從電子植入物獲得幫助。

　　對大腦遭受阿爾茨海默病，中風(fēng)或損傷的人中，破壞的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)通常防止長期記憶形成。二十多年來，Berger設(shè)計(jì)了硅芯片，以模擬這些神經(jīng)元在正常工作時(shí)所做的信號處理，這項(xiàng)工作允許我們在一分鐘之內(nèi)記住經(jīng)驗(yàn)和知識。最終，Berger想要通過在大腦中植入這樣的芯片來恢復(fù)創(chuàng)造長期記憶的能力。

　　Berger通過電極與老鼠和猴子大腦外部連接的硅芯片研究處理像實(shí)際神經(jīng)元的信息，并且在神經(jīng)假體手術(shù)中取得成功。耳蝸植入物幫助了超過200，000聾人通過將聲音轉(zhuǎn)換為電信號，并將其發(fā)送到聽覺神經(jīng)而聽到。其他研究人員在盲人的人工視網(wǎng)膜方面取得了初步成功。

　　Berger還與USC的生物醫(yī)學(xué)工程師Vasilis Marmarelis合作，開始制造腦假體。 他們首先使用來自老鼠的海馬回切片。知道神經(jīng)元信號從海馬的一端移動到另一端，研究人員發(fā)送隨機(jī)脈沖到海馬回，記錄在各種地點(diǎn)的信號，看看它們是如何變換，然后導(dǎo)出描述變換的數(shù)學(xué)方程，并且他們在計(jì)算機(jī)芯片中實(shí)現(xiàn)了這些方程。使用這些數(shù)據(jù)，Berger和他的團(tuán)隊(duì)建模了信號被轉(zhuǎn)換成為一個(gè)長期記憶的方式。

　　盡管有不確定性，Berger和他的同事一直在規(guī)劃人類研究。 他還與他的大學(xué)的臨床醫(yī)生合作，測試使用植入海馬回每側(cè)的電極來檢測和預(yù)防嚴(yán)重癲癇患者的癲癇發(fā)作，甚至幫助這些患者在大腦中尋找記憶。