波折和不凡在 2020 年接連上演，盡管冠狀肺炎給全世界的發(fā)展帶來劇變，但動蕩的時代也為創(chuàng)新鋪平了道路。制藥公司已將重點放在疫苗的開發(fā)上，而大型公司和大學的生物技術實驗室已將重點放在開發(fā)精確測試設備上。雖然，困難的日子仍未過去，但新技術、新療法和新藥物的誕生也為人類帶來了一線希望。

生輝結(jié)合今年的見聞，通過對美國 FDA 新療法公布實錄、Cleveland Clinic（克利夫蘭診所）、Science、Nature 等學術期刊公布的最新論文進行系統(tǒng)的盤點，挖掘了 2020 年十大醫(yī)療創(chuàng)新技術，重點覆蓋新藥、設備、療法、軟件的研究及應用情況。為不平凡的 2020 年，畫上一個的句點。

01

▼

mRNA 疫苗

新冠肺炎給全球公共衛(wèi)生發(fā)展帶來了巨大挑戰(zhàn)，同時也孕育了機遇 —— 點燃了 mRNA 疫苗應用的沖刺引擎。

為了觸發(fā)免疫反應，傳統(tǒng)疫苗會向人體注入弱化或滅活處理的細菌 / 病毒。但 mRNA 通過 “告訴” 細胞如何制造某種蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)片段以觸發(fā)人體的免疫反應。當真實的病毒侵入人體時，這種免疫反應可以分泌抗體，保護我們不被感染。例如，新冠肺炎 mRNA 疫苗通過向細胞發(fā)出指令，在體內(nèi)生成習慣病毒表面的 S 蛋白。一旦指令 (mRNA) 進入肌肉細胞，細胞會根據(jù)指令自行生產(chǎn)蛋白質(zhì)片段。當?shù)鞍踪|(zhì)片段生產(chǎn)完畢，細胞會分解和消除指令，蛋白質(zhì)片段也會出現(xiàn)在細胞表面并激發(fā)人體內(nèi)的免疫反應并分泌抗體，和所有其他疫苗一樣，mRNA 疫苗的優(yōu)勢在于接種者可以獲得免疫保護，同時具備抗體生成時間迅速、副作用較少等優(yōu)點。

圖丨 mRNA 疫苗的作用機制（來源：CAS）

上述特點讓其在新冠疫情期間大放異彩，Moderna、BioNTech 等公司研發(fā)的 mRNA 疫苗一直處于全球疫苗研發(fā)的前列，并先后獲得

02

▼

血紅蛋白病基因療法

血紅蛋白病是影響血紅蛋白分子結(jié)構(gòu)的遺傳性疾病，最常見的血紅蛋白病包括鐮狀細胞病和地中海貧血癥，這兩種疾病每年在全球范圍內(nèi)共影響 33 萬多名新生兒，僅在美國就有超過 10 萬名鐮狀細胞病患者。血紅蛋白病的最新研究帶來了一種實驗性的基因療法，使患有該病的人具有制造功能性血紅蛋白分子的潛在能力，可以顯著減少地中海貧血癥中鐮刀型血細胞或無效紅細胞的數(shù)量，以預防相關并發(fā)癥。

圖丨血紅蛋白病基因療法概念圖（來源：Healthcare in Europe）

03

▼

納米粒子藥物遞送

Stanford University（斯坦福大學）的研究人員開發(fā)了一種攜帶藥物的納米粒子，它可以尋找出動脈粥樣硬化斑塊，并刺激白血球清除里面的細胞碎片。這個過程可以減少斑塊，同時降低斑塊失穩(wěn)和彈出幾率，不會造成中風和其他下游損害。這種管狀的納米粒子以免疫系統(tǒng)的細胞單核細胞和巨噬細胞為目標，利用藥物（抗吞噬細胞 CD47-SIRPα 信號軸的抑制劑）促使這些細胞抓住并消化死亡和垂死的細胞。由于納米顆粒被吸引到動脈粥樣硬化斑塊上，所有這些都發(fā)生在活性最有利的地方。

圖丨納米顆粒讓免疫系統(tǒng) “擦除” 動脈粥樣硬化斑塊（來源：Stanford University）

04

▼

通用型丙型肝炎療法

丙型肝炎被美國疾控中心列為 “無聲的流行病”，目前已成為美國重大的公共衛(wèi)生問題，感染丙型肝炎病毒可導致嚴重的、危及生命的健康問題，如肝衰竭、肝硬化和肝癌。由于沒有針對該病毒的疫苗，患者只能通過藥物治療，但許多治療方法都伴隨著不良副作用，或者只對某些基因型的疾病有效。2020 年，固定劑量的聯(lián)合用藥 Sofosbuvir/velpatasvir 被 FDA 批準為治療成人丙肝的最適方案。該藥物可有效抑制在丙肝病毒 RNA 復制中起關鍵作用的蛋白質(zhì)。大多數(shù)患者每天只需服用一粒藥，持續(xù) 12 周。它覆蓋六種丙型肝炎基因型 1-6，有效率超過 90%。

圖丨丙型肝炎病毒（來源：Healthcare in Europe)

05

▼

“生物版” AlphaGo

蛋白質(zhì)被稱為地球生命的 “基石”，它幾乎支持著地球上每一種生物的生命功能。而這些由氨基酸鏈組成的復雜大分子，其功能很大程度上取決于自身獨特的 3D 結(jié)構(gòu)。探索蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)是人類了解生命的不二法門。11 月 30 日，谷歌旗下的人工智能公司 DeepMind 宣布，其研發(fā)的 AI 系統(tǒng) AlphaFold 成功解開了一個困擾人類長達 50 年之久的生物學難題 ——“蛋白質(zhì)折疊問題”。這一驚人的成果立刻引發(fā)了關注?？茖W家們表示，這個突破性的成就不僅將幫助科研人員弄清引發(fā)某些疾病的機制，為更快研發(fā)藥物、農(nóng)作物增產(chǎn)，以及可降解塑料的超級酶研發(fā)鋪平道路，還可能對大部分人類產(chǎn)生革命般的影響。例如理解生命形成，合成生物學研究、研究治療癌癥、新冠的救命藥等過程。

圖丨DeepMind 研究團隊正展示其 AI 系統(tǒng)預測的蛋白質(zhì) 3D 結(jié)構(gòu)（來源：DeepMind）

06

▼

腸道微型機器人

新技術的出現(xiàn)讓結(jié)腸鏡檢查更加高效。University of Colorado Boulder（科羅拉多大學博爾德分校）的 “結(jié)腸探索者” 是一個類似坦克的設備，它可以穿越結(jié)腸，對其進行成像，甚至幾乎自主地進行活檢。同時，University of Leeds（利茲大學）的研究人員創(chuàng)造了一個機器人結(jié)腸鏡系統(tǒng)，依靠磁鐵在體內(nèi)安全地移動探頭。

圖丨腸道探索者（來源：University of Colorado Boulder）

而 Purdue University（普渡大學）的研究人員則開發(fā)出了微型機器人，能夠在結(jié)腸內(nèi)移動。機器人由外部磁場控制，設計用于在胃腸道系統(tǒng)內(nèi)輸送藥物。研究人員通過將設備放入小鼠的肛門，探索結(jié)腸之外的微小結(jié)腸，可以幫助患者在常用的結(jié)腸鏡檢查過程中檢測息肉。基于這一原理，2020 年，F(xiàn)UJIFILM（富士）的人工智能系統(tǒng) CAD EYE 在歐盟獲得批準，它能夠?qū)Y(jié)腸的 2D 和 3D 圖像進行分割和分析，并發(fā)現(xiàn)其中任何可疑的病變。

07

▼

診斷、治療疾病的隱形眼鏡

隱形眼鏡可以彎曲光線來矯正近視，今年，功能性隱形眼鏡取得了如火如荼的發(fā)展。歐洲機構(gòu)的合作創(chuàng)造了一種隱形眼鏡內(nèi)的人工虹膜，可用于矯正多種視力疾病。該設備可以快速調(diào)整瞳孔大小，以達到適當?shù)囊曈X焦點和景深。它的工作原理是在隱形眼鏡內(nèi)有一個由同心圓組成的液晶顯示器（LCD），每個液晶顯示器可以做成透明或不透明，以達到所需的瞳孔大小。

Tel Aviv University（以色列特拉維夫大學）的研究人員創(chuàng)造了有助于克服色盲的色彩矯正隱形眼鏡。這種弧形鏡片涂有薄膜元表面，可以以不同尋常的方式操縱光線、感知顏色。

圖丨瞳孔大小可變得人工虹膜（來源：Healthcare in Europe）

Pohang University of Science and Technology（韓國浦項科技大學）研發(fā)出一種智能隱形眼鏡，可以同時測量眼淚中的葡萄糖并輸送藥物。這種新型隱形眼鏡包含一個葡萄糖傳感器、一個給藥庫、一個無線電源接收線圈、一個集成電路芯片和一個射頻通信系統(tǒng)。研究人員認為，可以用這樣的隱形眼鏡制造出類似人工胰腺的設備，當葡萄糖水平達到一定濃度時，就會輸送胰島素。

08

▼

諾獎技術 CRISPR 的多重應用

2020 年無疑是諾獎技術 CRISPR 的高光一年，新冠肺炎的流行讓這項技術又多了一個應用落地的抓手。Tulane University（杜蘭大學）和加州大學伯克利分校（University of California, Berkeley）的團隊開發(fā)了基于 CRISPR 的測試，只需幾分鐘就能完成，并使用智能手機讀出結(jié)果。California Institute of Technology（加州理工學院）的研究人員開發(fā)了一種多路電子裝置，可以檢測新冠病毒、抗病毒抗體和炎癥標志物等物質(zhì)。

圖丨基于 CRIPSR 技術的多路電子裝置（來源：California Institute of Technology）

09

▼

新一代心臟瓣膜

病變的心臟瓣膜通常會影響到老年人，但許多兒童出生時就有先天性心臟畸形，需要安裝假瓣膜。隨著兒童的成長，他們的心臟也在成長，假瓣膜必須反復更換更大的版本才能跟上。來自 Harvard Universit（哈佛大學）和 Boston Children's Hospital（波士頓兒童醫(yī)院）的團隊開發(fā)出了一種人工瓣膜，可以通過微創(chuàng)的經(jīng)導管手術，擴大人工瓣膜的體積，以補償不斷增長的心臟。所需的程序比更換更大型號的瓣膜的創(chuàng)傷性要小得多，使患者更容易接受，同時也便宜得多。

圖丨瓣膜植入位置圖（來源：Boston Children's Hospital）

該設備已經(jīng)在植入了新瓣膜并允許其生長的綿羊中試用過，并且該瓣膜按預期運行，在心動周期中正常運行以打開和關閉血流通道，同時可以在整個研究過程中反復調(diào)節(jié)。研究人員稱在多輪測試中，瓣膜原型能夠擴展以適應心臟內(nèi)的生長和結(jié)構(gòu)不對稱。它們在各種尺寸，壓力和流速范圍內(nèi)仍保持完全功能。由于瓣膜可以擴張而無需框架和小葉伸展或擴大，因此它可以與一系列現(xiàn)成的材料兼容。研究人員使用氣球?qū)Ч茉诓粩喑砷L的綿羊模型中的多個時間點成功安全地擴展了該設備。

10

▼

“智能” 起搏器

心臟起搏器、除顫器等植入式設備可以向心肌室提供電脈沖，使其收縮并將血液泵送至身體。遠程監(jiān)測是設備應用和疾病護理的重要組成部分。設備遠程監(jiān)測的傳統(tǒng)方式主要利用控制臺設備實現(xiàn)。盡管數(shù)百萬患者擁有心臟起搏器和除顫器，但許多人缺乏對設備及其功能的基本了解，讓遠程監(jiān)始終是一道臨床難題。與移動應用結(jié)合使用、支持藍牙的心臟起搏器設備可以彌補患者與心臟治療之間的這些斷層問題，這些連接設備可以讓患者更深入地了解心臟起搏器的健康數(shù)據(jù)，并將健康信息傳輸給醫(yī)生。

圖丨 “智能” 起搏器（來源：Healthcare in Europe)

責任編輯：lq