2022 年 1 月 4 日
又到了每年的這個時候！隨著 2021 年的過去，我們將沿著記憶之路走下去，以突出影響這一年的生物技術創新——其影響可能會在未來很多年產生反響。Covid-19 主導了新聞，但科學並未停滯不前。
以基因編輯為例。CRISPR 以驚人的速度衍生出變異，擴展到一個包含強大基因編輯器的龐大工具箱，其效率、可靠性和安全性遠高於其前輩。例如， CRISPRoff劫持了表觀遺傳過程以可逆地打開和關閉基因——所有這些都沒有真正剪斷或破壞基因本身。Prime 編輯是一種 DNA 編輯技術，它只剪斷——而不是完全切割——DNA得到了升級，可以在各種細胞中精確編輯多達 10,000 個 DNA 字母。Twin Prime 編輯可以重做整個基因。這些強大的 CRISPR 工具現在可以解決以前無法觸及的遺傳疾病。
然而，我們仍然只是觸及基因編輯的表面。窺視CRISPR 家族樹，科學家們發現了大量可供進一步探索的替代 CRISPR 系統。AI 現在正在幫助識別新的 CRISPR 蛋白及其殺傷開關。其他想法完全從 CRISPR 中跳出來，利用另一個強大的細菌系統來編輯數百萬個 DNA 序列而不會破壞一條 DNA 鏈。毫無疑問，基因編輯工具箱將不斷擴大。
在其他新聞中，量子力學與神經科學相結合以加速人工智能。AI 現在正在谷歌高效地設計自己的硬件芯片。進入我們自己的大腦，在一個令人驚嘆的概念驗證中，人工智能驅動的大腦植入物能夠對抗抑鬱症，正在進行治療慢性疼痛并將大腦的電信號從思想轉化為文本的工作。在醫學界，一場關於阿爾茨海默病治療的激烈辯論引發了新一輪誘人的想法，以應對和馴服我們長期吃心的敵人。
還有一噸。但以下是將在 2021 年之後繼續重塑生物技術的三大進步，其中一些是亞軍。
mRNA疫苗
我知道我知道。我們都厭倦了聽到有關 Covid-19 和疫苗的消息。然而，它們對抗一種全新的傳染性病毒的非凡能力“簡直是奇蹟”。它還展示了以前在實驗室中萎靡不振的幾十年前技術的力量，其平台比以前的任何疫苗技術都更快、更簡單、適應性更強。因為他們不再依賴來自病毒的物理靶蛋白——而只是這些蛋白質的遺傳密碼——設計疫苗只需要一台筆記本電腦和一些獨創性。“數字疫苗的時代已經到來，”葛蘭素史克的一個團隊寫道。
對於愛好者來說，mRNA 疫苗可以改變目前對大量疾病的治療方法，而且該領域正在爆炸式增長。例如，Moderna 於 8 月啟動了一項 HIV 疫苗人體試驗，以開始評估其安全性，以應對一種在過去 40 年裡逃脫了經典疫苗策略的病毒。與美國國立衛生研究院 (NIH) 一起，該公司還公佈了一種 HIV 候選疫苗的數據，該候選疫苗將猴子感染的機率降低了近 80%，所有受試者都產生了針對 12 種測試 HIV 毒株的抗體。這是一項不小的壯舉——HIV 目標Env由於其複雜性而成為一個強大的目標，並且塗有糖盔甲以掩蓋疫苗目標點。mRNA疫苗提供了新的希望。
除了病毒，mRNA 疫苗也代表了自身免疫或神經退行性疾 病的新解決方案。BioNTech 是輝瑞 (Pfizer) 開發 Covid-19 疫苗的合作夥伴，正在應用該技術來治療多發性硬化症 (MS)。在多發性硬化症中，免疫系統會逐漸剝離神經纖維上的絕緣層，造成逐漸且不可逆轉的損傷。小鼠的初步結果是積極的，該方法“高度靈活、快速且具有成本效益”，同時可能針對每個患者進行個性化。
更進一步的是治療癌症或抗生素耐藥性的 mRNA 疫苗。該技術能否解決我們一些最棘手的疾病還有待觀察，但該領域正在蓬勃發展。
體內基因治療
長期以來，CRISPR 一直被吹捧為可以從根本上改變基因治療的工具。早期的研究使用基因編輯工具來增強免疫 T 細胞，將它們轉變為超級士兵，增強他們對抗血癌的能力（CAR-T 療法）。該工具還在與血液疾病患者的貧血和其他症狀作鬥爭方面取得了成功。不利的一面是細胞需要在體外進行基因編輯並重新註入血液。今年將 CRISPR 提升到了終極目標：直接在體內編輯基因，為治愈數百種由錯誤遺傳密碼引起的疾病打開大門。
在一項突破中，倫敦大學學院的一項試驗編輯了肝臟中的一個突變基因，該基因最終導致心臟和神經損傷。與之前的嘗試不同，這裡的 CRISPR 機器通過單次輸注被輸送到血液中以關閉基因，從而急劇減少了 6 名患者中突變蛋白的產生。另一項試驗剪斷了導致失明的功能失調基因。通過將治療直接注入視網膜，志願者能夠更好地感知光線。
兩者都是邊緣情況。在肝臟試驗中，CRISPR 是使用脂質納米顆粒（小型脂肪太空飛船）傳遞的，這種納米顆粒對肝臟具有親和力，具有更短暫的基因編輯效果。與視網膜不同的是，我們身體的大部分組織都不能通過簡單的注射立即進入。但作為概念證明，這些試驗最終將 CRISPR 帶入了體內基因編輯可能性的廣闊世界。隨著交付的進步，CRISPR 及其許多升級將用於治療無法治癒的疾病。
對人類發展的前所未有的審視
人類胚胎髮育的最初幾個小時和幾天是一個黑匣子——我們需要破解它。了解早孕是限制出生缺陷和流產以及改進輔助生殖技術的關鍵。
問題？早期胚胎很難獲得，並且面臨重大的道德和法律挑戰。今年，幾項研究繞過了這些問題，而是將皮膚細胞轉化為囊胚，這是一種類似於人類胚胎第一階段的細胞結構。
這些研究打破了通常的“精子遇到卵子”的說法，使用胚胎幹細胞和皮膚細胞設計了“人類胚胎的第一個完整模型”——不需要生殖細胞。沐浴在營養液體中，這些細胞發育成囊胚，其中包含最終導致所有譜系構建我們身體的細胞類型。人造胚胎在基因上與天然胚胎相似，引發了關於應該允許它們發育多長時間的爭論。噩夢般的場景？想像一個迷你大腦在由皮膚細胞製成的胚胎中生長！
目前這在技術上是不可能的，但倫理困境引起了國際幹細胞研究協會 (ISSCR) 的關注，該協會負責管理與人類幹細胞和胚胎相關的研究。然而令人驚訝的是，今年，他們放寬了培養胚胎的 14 天規定，允許將胚胎研究推遲兩週。有了寬鬆的指導方針，即將進行的研究可能會揭示人類胚胎在植入子宮和原腸胚形成後會發生什麼——當基因線索展示身體的整體模式並為器官發育奠定基礎時。
這是一個深陷爭議的決定，但提供了一個前所未有的機會來修改體外受精，並首次檢查人類發展的第一階段。這也必然會引發倫理上的困惑：如果胚胎——無論是天然的還是人造的——開始發育出會放電的神經元或會跳動的心臟細胞會怎樣？隨著人工囊胚越來越多地體現其生物學對應物，有一點很清楚：能力越大，責任越大。
亞軍
人工智能預測蛋白質： DeepMind 和華盛頓大學都設計了人工智能，可以完全根據蛋白質的遺傳密碼來解決蛋白質的結構。它是“世代相傳”、“年度突破”，是一種將永遠改變結構生物學的工具。對原始 AI 的更新現在還可以預測蛋白質複合物——即一個蛋白質單元如何與另一個單元相互作用——甚至它們的功能。AI 也開始解決 RNA 結構問題，即連接 DNA 和蛋白質的信使。從合成生物學到藥物開發，影響尚未到來。
人工智能設計的藥物：它已經醞釀了很長時間，但現在炒作是真實的。今年，谷歌的母公司 Alphabet 成立了一家名為Isomorphic Labs的新企業，以利用 AI 應對藥物開發的新世界。強大的算法使得從數百萬種化學物質中篩選候選藥物變得越來越容易。第一種由 AI 發現的藥物現在正進入臨床試驗，用於治療不可逆轉地降低器官功能的肺部疾病的安全性測試。這是一個重要的里程碑，該試驗可能為第一個由人工智能發現的、經過人體測試的治療疾病的藥物鋪平道路。
在與 Covid-19 一起生活的另一年，很明顯，大流行無法抑制科學。我迫不及待地想在 2022 年分享好的、奇怪的和（屏住呼吸）更多“一代人的突破”生物技術故事。
資料來源：https://singularityhub-com.translate.goog/2022/01/04/these-2021-biotech-breakthroughs-will-shape-the-future-of-health-and-medicine/?_x_tr_sl=en&_x_tr_tl=zh-TW&_x_tr_hl=zh-TW&_x_tr_pto=sc
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