麻省理工科技评论评选的14大医疗领域突破科技（上）

　　《麻省理工科技评论》从2001年开始，每年都会公布“10大突破技术”，即TR10（Technology Review 10），并预测其大规模商业化的潜力，以及对人类生活和社会的重大影响。

　　这些技术代表了当前世界科技的发展前沿和未来发展方向，集中反映了近年来世界科技发展的新特点和新趋势，将引领面向未来的研究方向。其中许多技术已经走向市场，主导着产业技术的发展，极大地推动了经济社会发展和科技创新。

　　正如《麻省理工科技评论》主编JasonPonTIn所说，突破性技术的定义非常简单，那就是能够给人们带来高质量运用科技的解决方案。有些技术是工程师们天才创意的结晶；而有的则是科学家们对长期困扰他们的问题所采取的诸多尝试的集大成者（比如深度学习）。评选“10大突破技术”的目的不仅仅是向人们展示新创新成果，同时也是为了强调是人类的聪明才智促生了这些创新技术。

　　因此动脉网将为你筛选从2012年~2016年的医学领域的科技突破。由于技术更迭快，因此只梳理最近5年之内的。鉴于文章篇幅太长，将分为上下两篇，每篇介绍七种技术。本文为上篇。这些技术是为解决问题而生，将会极大地扩展人类的潜能，也有可能改变世界的面貌，值得在未来给予特别关注。

　　1.纳米孔测序（2012）

　　

　　纳米孔测序的流程图

　　它能读取较长的基因片段，这有助于理解基因组的复杂区域

　　成熟期：至少10年后

　　突破点：将单链DNA拉过蛋白孔，检测碱基穿过时电导的微小改变

　　重要性：基因组测序更快，更便宜，更方便，开启个性医疗时代

　　该领域主要参与者：Oxford Nanopore

　　纵观测序技术的发展历程，没有哪一个技术像纳米孔测序那样慢热。1996年哈佛大学的Daniel Branton、加州大学的David Deamer及其同事，在美国国家科学院院刊PNAS杂志上首次发表文章指出，可以用膜通道检测多核苷酸序列。利用纳米孔进行测序的理念是非常直观的：让DNA碱基一个个穿过纳米孔，同时快速鉴定每一个碱基。和其他DNA测序方法相比，它不需要使用荧光试剂来鉴定碱基或敲除DNA分子或者扩增片段，能快速发现基因易位等情况。

　　2005年，Bayley、Gordon Sanghera和Spike Wilcocks创立的Oxford Nanopore公司，验证了纳米孔测序的商业能力。 该技术提供了一种方法，使基因组测序更快，更便宜，并且足够方便，让医生作为最常规的测序方法，开创了个性化医学的时代，不过准确率方面还有待提高。

　　尤其是2012年，Oxford Nanopore 公司推出了一种掌上纳米孔测序仪MinION，方便携带也很便宜。它能读取较长的基因片段，这个平台的平均读长大约在5kb左右，最长能达到20kb，这有助于理解基因组的复杂区域。MinION还可以插入笔记本电脑的USB接口，在屏幕上显示数据生成的过程。最近发表的研究显示MinION相当实用，能准确测序小基因组（比如细菌和酵母基因组），区分亲缘关系很近的细菌和病毒，读取人类基因组的复杂区域等。

　　今年，哥伦比亚大学的车靖岳（Jingyue Ju）和哈佛大学的George Church教授合作开发了基于纳米孔的单分子边合成边测序（SBS）系统，对这一测序技术进行升级，打造了高通量的单分子纳米孔测序平台。但目前科学家正在通过减缓DNA序列通过纳米孔速度的方式提高此项测序的准确度，毕竟目前来看，该技术尚不成熟。

　　2.卵原干细胞（2012）

　　

　　哈佛大学生殖生物学家乔纳森·蒂利

　　人类也有一种类似老鼠等动物的卵原干细胞，或可成为无尽的卵子来源

　　成熟期：受质疑

　　突破点：精确细胞分选技术，从成人卵巢内分离出了卵原干细胞

　　重要性：在实验室中大量培育卵原干细胞，治疗女性不孕不育，甚至延迟卵巢早衰

　　该领域主要参与者：马萨诸塞总医院、OvaScience、Jonathan TIlly

　　哈佛大学生殖生物学家乔纳森·蒂利（Jonathan TIlly，同时在马萨诸塞总医院指导了一个生殖生物学中心）研究团队，证明了人类也有一种类似老鼠等动物的卵原干细胞，或可成为无尽的卵子来源。因为对于一个女性来说，到了40岁之后，卵子的数量和质量就会下降，“卵原干细胞”的发现有望为治疗女性不孕不育，甚至延迟卵巢早衰提供新方法。

　　这些卵原干细胞来自于成年女性的卵巢，说明女性成年后仍然有可能形成新的卵子。如果能在实验室中大量培育这种卵原干细胞，也意味着医疗上拥有了无尽的卵子来源。这一发现对女性卵子数量在出生时就已被限定的传统观点形成挑战。

　　蒂利团队曾在2004年首次证明，雌性老鼠在进入成年后还能持续制造出卵母细胞。后来蒂利团队研发出一个更加精确的细胞分选技术，并使用该技术从成人卵巢内分离出了卵原干细胞，得到的细胞像老鼠卵原干细胞一样，能自发形成具有卵母细胞特征的细胞，这些卵母细胞拥有人类卵巢内卵母细胞的物理外表和遗传表达模式。

　　蒂利表示，研究有望用于建立人类卵原干细胞库，最关键的是可能找到方法让卵原干细胞在试管受精中发育成成熟的人类卵母细胞，以改进试管受精的结果，并为不孕不育症提供新疗法。不过截止到目前，卵原干细胞仍然受到质疑，也并没有通过卵原干细胞培育成任何新生儿。

　　总部位于波士顿的OvaScience正在将蒂利的工作商业化。该公司的联合创始人包括风险投资家Christoph Westphal和哈佛大学抗衰老研究员David Sinclair，他们创立了Sirtris PharmaceuTIcals公司，并于2008年以7.2亿美元的价格出售给GlaxoSmithKline。OvaScience在2012年就募集了4300万美元，用于追求干细胞的生育治疗和其他应用，目前公司运营良好。

　　3.记忆移植（2013）

　　

　　记忆移植，目前仍然受到很多质疑

　　不太远的一天，当严重记忆丧失的病人可以从电子植入物获得帮助

　　成熟期：尚不成熟

　　突破点：使用记忆数据，信号被硅芯片转换成为一个长期记忆的方式

　　重要性：为长期记忆缺失患者做修复性的移植

　　该领域主要参与者：Theodore Berger

　　这个想法是如此大胆，所以远在神经科学的主流之外，西奥多·伯格（Theodore Berger）是这个行业有远见的先驱者的角色。他是南加州大学洛杉矶分校的生物医学工程师和神经科学家，他设想在不太远的一天，当严重记忆丧失的病人可以从电子植入物获得帮助。

　　对大脑遭受阿尔茨海默病，中风或损伤的人中，破坏的神经元网络通常防止长期记忆形成。二十多年来，Berger设计了硅芯片，以模拟这些神经元在正常工作时所做的信号处理，这项工作允许我们在一分钟之内记住经验和知识。最终，Berger想要通过在大脑中植入这样的芯片来恢复创造长期记忆的能力。

　　Berger通过电极与老鼠和猴子大脑外部连接的硅芯片研究处理像实际神经元的信息，并且在神经假体手术中取得成功。耳蜗植入物帮助了超过200，000聋人通过将声音转换为电信号，并将其发送到听觉神经而听到。其他研究人员在盲人的人工视网膜方面取得了初步成功。

　　Berger还与USC的生物医学工程师Vasilis Marmarelis合作，开始制造脑假体。 他们首先使用来自老鼠的海马回切片。知道神经元信号从海马的一端移动到另一端，研究人员发送随机脉冲到海马回，记录在各种地点的信号，看看它们是如何变换，然后导出描述变换的数学方程，并且他们在计算机芯片中实现了这些方程。使用这些数据，Berger和他的团队建模了信号被转换成为一个长期记忆的方式。

　　尽管有不确定性，Berger和他的同事一直在规划人类研究。 他还与他的大学的临床医生合作，测试使用植入海马回每侧的电极来检测和预防严重癫痫患者的癫痫发作，甚至帮助这些患者在大脑中寻找记忆。