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波折和不凡在 2020 年接连上演，尽管冠状肺炎给全世界的发展带来剧变，但动荡的时代也为创新铺平了道路。制药公司已将重点放在疫苗的开发上，而大型公司和大学的生物技术实验室已将重点放在开发精确测试设备上。虽然，困难的日子仍未过去，但新技术、新疗法和新药物的诞生也为人类带来了一线希望。 生辉结合今年的见闻，通过对美国 FDA 新疗法公布实录、Cleveland Clinic（克利夫兰诊所）、Science、Nature 等学术期刊公布的最新论文进行系统的盘点，挖掘了 2020 年十大医疗创新技术，重点覆盖新药、设备、疗法、软件的研究及应用情况。为不平凡的 2020 年，画上一个的句点。 01 ▼ mRNA 疫苗 新冠肺炎给全球公共卫生发展带来了巨大挑战，同时也孕育了机遇 —— 点燃了 mRNA 疫苗应用的冲刺引擎。 为了触发免疫反应，传统疫苗会向人体注入弱化或灭活处理的细菌 / 病毒。但 mRNA 通过 “告诉” 细胞如何制造某种蛋白质或蛋白质片段以触发人体的免疫反应。当真实的病毒侵入人体时，这种免疫反应可以分泌抗体，保护我们不被感染。例如，新冠肺炎 mRNA 疫苗通过向细胞发出指令，在体内生成习惯病毒表面的 S 蛋白。一旦指令 (mRNA) 进入肌肉细胞，细胞会根据指令自行生产蛋白质片段。当蛋白质片段生产完毕，细胞会分解和消除指令，蛋白质片段也会出现在细胞表面并激发人体内的免疫反应并分泌抗体，和所有其他疫苗一样，mRNA 疫苗的优势在于接种者可以获得免疫保护，同时具备抗体生成时间迅速、副作用较少等优点。 上述特点让其在新冠疫情期间大放异彩，Moderna、BioNTech 等公司研发的 mRNA 疫苗一直处于全球疫苗研发的前列，并先后获得 02 ▼ 血红蛋白病基因疗法 血红蛋白病是影响血红蛋白分子结构的遗传性疾病，最常见的血红蛋白病包括镰状细胞病和地中海贫血症，这两种疾病每年在全球范围内共影响 33 万多名新生儿，仅在美国就有超过 10 万名镰状细胞病患者。血红蛋白病的最新研究带来了一种实验性的基因疗法，使患有该病的人具有制造功能性血红蛋白分子的潜在能力，可以显著减少地中海贫血症中镰刀型血细胞或无效红细胞的数量，以预防相关并发症。 图丨血红蛋白病基因疗法概念图（来源：Healthcare in Europe） 03 ▼ 纳米粒子药物递送 Stanford University（斯坦福大学）的研究人员开发了一种携带药物的纳米粒子，它可以寻找出动脉粥样硬化斑块，并刺激白血球清除里面的细胞碎片。这个过程可以减少斑块，同时降低斑块失稳和弹出几率，不会造成中风和其他下游损害。这种管状的纳米粒子以免疫系统的细胞单核细胞和巨噬细胞为目标，利用药物（抗吞噬细胞 CD47-SIRPα 信号轴的抑制剂）促使这些细胞抓住并消化死亡和垂死的细胞。由于纳米颗粒被吸引到动脉粥样硬化斑块上，所有这些都发生在活性最有利的地方。 图丨纳米颗粒让免疫系统 “擦除” 动脉粥样硬化斑块（来源：Stanford University） 04 ▼ 通用型丙型肝炎疗法 丙型肝炎被美国疾控中心列为 “无声的流行病”，目前已成为美国重大的公共卫生问题，感染丙型肝炎病毒可导致严重的、危及生命的健康问题，如肝衰竭、肝硬化和肝癌。由于没有针对该病毒的疫苗，患者只能通过药物治疗，但许多治疗方法都伴随着不良副作用，或者只对某些基因型的疾病有效。2020 年，固定剂量的联合用药 Sofosbuvir/velpatasvir 被 FDA 批准为治疗成人丙肝的最适方案。该药物可有效抑制在丙肝病毒 RNA 复制中起关键作用的蛋白质。大多数患者每天只需服用一粒药，持续 12 周。它覆盖六种丙型肝炎基因型 1-6，有效率超过 90%。 图丨丙型肝炎病毒（来源：Healthcare in Europe) 05 ▼ “生物版” AlphaGo 蛋白质被称为地球生命的 “基石”，它几乎支持着地球上每一种生物的生命功能。而这些由氨基酸链组成的复杂大分子，其功能很大程度上取决于自身独特的 3D 结构。探索蛋白质的结构是人类了解生命的不二法门。11 月 30 日，谷歌旗下的人工智能公司 DeepMind 宣布，其研发的 AI 系统 AlphaFold 成功解开了一个困扰人类长达 50 年之久的生物学难题 ——“蛋白质折叠问题”。这一惊人的成果立刻引发了关注。科学家们表示，这个突破性的成就不仅将帮助科研人员弄清引发某些疾病的机制，为更快研发药物、农作物增产，以及可降解塑料的超级酶研发铺平道路，还可能对大部分人类产生革命般的影响。例如理解生命形成，合成生物学研究、研究治疗癌症、新冠的救命药等过程。 图丨DeepMind 研究团队正展示其 AI 系统预测的蛋白质 3D 结构（来源：DeepMind） 06 ▼ 肠道微型机器人 新技术的出现让结肠镜检查更加高效。University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）的 “结肠探索者” 是一个类似坦克的设备，它可以穿越结肠，对其进行成像，甚至几乎自主地进行活检。同时，University of Leeds（利兹大学）的研究人员创造了一个机器人结肠镜系统，依靠磁铁在体内安全地移动探头。 图丨肠道探索者（来源：University of Colorado Boulder） 而 Purdue University（普渡大学）的研究人员则开发出了微型机器人，能够在结肠内移动。机器人由外部磁场控制，设计用于在胃肠道系统内输送药物。研究人员通过将设备放入小鼠的肛门，探索结肠之外的微小结肠，可以帮助患者在常用的结肠镜检查过程中检测息肉。基于这一原理，2020 年，FUJIFILM（富士）的人工智能系统 CAD EYE 在欧盟获得批准，它能够对结肠的 2D 和 3D 图像进行分割和分析，并发现其中任何可疑的病变。 07 ▼ 诊断、治疗疾病的隐形眼镜 隐形眼镜可以弯曲光线来矫正近视，今年，功能性隐形眼镜取得了如火如荼的发展。欧洲机构的合作创造了一种隐形眼镜内的人工虹膜，可用于矫正多种视力疾病。该设备可以快速调整瞳孔大小，以达到适当的视觉焦点和景深。它的工作原理是在隐形眼镜内有一个由同心圆组成的液晶显示器（LCD），每个液晶显示器可以做成透明或不透明，以达到所需的瞳孔大小。 Tel Aviv University（以色列特拉维夫大学）的研究人员创造了有助于克服色盲的色彩矫正隐形眼镜。这种弧形镜片涂有薄膜元表面，可以以不同寻常的方式操纵光线、感知颜色。 图丨瞳孔大小可变得人工虹膜（来源：Healthcare in Europe） Pohang University of Science and Technology（韩国浦项科技大学）研发出一种智能隐形眼镜，可以同时测量眼泪中的葡萄糖并输送药物。这种新型隐形眼镜包含一个葡萄糖传感器、一个给药库、一个无线电源接收线圈、一个集成电路芯片和一个射频通信系统。研究人员认为，可以用这样的隐形眼镜制造出类似人工胰腺的设备，当葡萄糖水平达到一定浓度时，就会输送胰岛素。 08 ▼ 诺奖技术 CRISPR 的多重应用 2020 年无疑是诺奖技术 CRISPR 的高光一年，新冠肺炎的流行让这项技术又多了一个应用落地的抓手。Tulane University（杜兰大学）和加州大学伯克利分校（University of California, Berkeley）的团队开发了基于 CRISPR 的测试，只需几分钟就能完成，并使用智能手机读出结果。California Institute of Technology（加州理工学院）的研究人员开发了一种多路电子装置，可以检测新冠病毒、抗病毒抗体和炎症标志物等物质。 图丨基于 CRIPSR 技术的多路电子装置（来源：California Institute of Technology） 09 ▼ 新一代心脏瓣膜 病变的心脏瓣膜通常会影响到老年人，但许多儿童出生时就有先天性心脏畸形，需要安装假瓣膜。随着儿童的成长，他们的心脏也在成长，假瓣膜必须反复更换更大的版本才能跟上。来自 Harvard Universit（哈佛大学）和 Boston Children's Hospital（波士顿儿童医院）的团队开发出了一种人工瓣膜，可以通过微创的经导管手术，扩大人工瓣膜的体积，以补偿不断增长的心脏。所需的程序比更换更大型号的瓣膜的创伤性要小得多，使患者更容易接受，同时也便宜得多。 图丨瓣膜植入位置图（来源：Boston Children's Hospital） 该设备已经在植入了新瓣膜并允许其生长的绵羊中试用过，并且该瓣膜按预期运行，在心动周期中正常运行以打开和关闭血流通道，同时可以在整个研究过程中反复调节。研究人员称在多轮测试中，瓣膜原型能够扩展以适应心脏内的生长和结构不对称。它们在各种尺寸，压力和流速范围内仍保持完全功能。由于瓣膜可以扩张而无需框架和小叶伸展或扩大，因此它可以与一系列现成的材料兼容。研究人员使用气球导管在不断成长的绵羊模型中的多个时间点成功安全地扩展了该设备。 10 ▼ “智能” 起搏器 心脏起搏器、除颤器等植入式设备可以向心肌室提供电脉冲，使其收缩并将血液泵送至身体。远程监测是设备应用和疾病护理的重要组成部分。设备远程监测的传统方式主要利用控制台设备实现。尽管数百万患者拥有心脏起搏器和除颤器，但许多人缺乏对设备及其功能的基本了解，让远程监始终是一道临床难题。与移动应用结合使用、支持蓝牙的心脏起搏器设备可以弥补患者与心脏治疗之间的这些断层问题，这些连接设备可以让患者更深入地了解心脏起搏器的健康数据，并将健康信息传输给医生。
图丨 “智能” 起搏器（来源：Healthcare in Europe)
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