2020年十大醫(yī)療創(chuàng)新技術(shù)

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(lái)劇變，但動(dòng)蕩的時(shí)代也為創(chuàng)新鋪平了道路。制藥公司已將重點(diǎn)放在疫苗的開(kāi)發(fā)上，而大型公司和大學(xué)的生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室已將重點(diǎn)放在開(kāi)發(fā)精確測(cè)試設(shè)備上。雖然，困難的日子仍未過(guò)去，但新技術(shù)、新療法和新藥物的誕生也為人類帶來(lái)了一線希望。

生輝結(jié)合今年的見(jiàn)聞，通過(guò)對(duì)美國(guó) FDA 新療法公布實(shí)錄、Cleveland Clinic（克利夫蘭診所）、Science、Nature 等學(xué)術(shù)期刊公布的最新論文進(jìn)行系統(tǒng)的盤(pán)點(diǎn)，挖掘了 2020 年十大醫(yī)療創(chuàng)新技術(shù)，重點(diǎn)覆蓋新藥、設(shè)備、療法、軟件的研究及應(yīng)用情況。為不平凡的 2020 年，畫(huà)上一個(gè)的句點(diǎn)。

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mRNA 疫苗

新冠肺炎給全球公共衛(wèi)生發(fā)展帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)，同時(shí)也孕育了機(jī)遇 —— 點(diǎn)燃了 mRNA 疫苗應(yīng)用的沖刺引擎。

為了觸發(fā)免疫反應(yīng)，傳統(tǒng)疫苗會(huì)向人體注入弱化或滅活處理的細(xì)菌 / 病毒。但 mRNA 通過(guò) “告訴” 細(xì)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(yīng)。當(dāng)真實(shí)的病毒侵入人體時(shí)，這種免疫反應(yīng)可以分泌抗體，保護(hù)我們不被感染。例如，新冠肺炎 mRNA 疫苗通過(guò)向細(xì)胞發(fā)出指令，在體內(nèi)生成習(xí)慣病毒表面的 S 蛋白。一旦指令 (mRNA) 進(jìn)入肌肉細(xì)胞，細(xì)胞會(huì)根據(jù)指令自行生產(chǎn)蛋白質(zhì)片段。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)片段生產(chǎn)完畢，細(xì)胞會(huì)分解和消除指令，蛋白質(zhì)片段也會(huì)出現(xiàn)在細(xì)胞表面并激發(fā)人體內(nèi)的免疫反應(yīng)并分泌抗體，和所有其他疫苗一樣，mRNA 疫苗的優(yōu)勢(shì)在于接種者可以獲得免疫保護(hù)，同時(shí)具備抗體生成時(shí)間迅速、副作用較少等優(yōu)點(diǎn)。

圖丨 mRNA 疫苗的作用機(jī)制（來(lái)源：CAS）

上述特點(diǎn)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

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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(jiàn)的血紅蛋白病包括鐮狀細(xì)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(wàn)多名新生兒，僅在美國(guó)就有超過(guò) 10 萬(wàn)名鐮狀細(xì)胞病患者。血紅蛋白病的最新研究帶來(lái)了一種實(shí)驗(yàn)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(xì)胞或無(wú)效紅細(xì)胞的數(shù)量，以預(yù)防相關(guān)并發(fā)癥。

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

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納米粒子藥物遞送

Stanford University（斯坦福大學(xué)）的研究人員開(kāi)發(fā)了一種攜帶藥物的納米粒子，它可以尋找出動(dòng)脈粥樣硬化斑塊，并刺激白血球清除里面的細(xì)胞碎片。這個(gè)過(guò)程可以減少斑塊，同時(shí)降低斑塊失穩(wěn)和彈出幾率，不會(huì)造成中風(fēng)和其他下游損害。這種管狀的納米粒子以免疫系統(tǒng)的細(xì)胞單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞為目標(biāo)，利用藥物（抗吞噬細(xì)胞 CD47-SIRPα 信號(hào)軸的抑制劑）促使這些細(xì)胞抓住并消化死亡和垂死的細(xì)胞。由于納米顆粒被吸引到動(dòng)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(dòng)脈粥樣硬化斑塊（來(lái)源：Stanford University）

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通用型丙型肝炎療法

丙型肝炎被美國(guó)疾控中心列為 “無(wú)聲的流行病”，目前已成為美國(guó)重大的公共衛(wèi)生問(wèn)題，感染丙型肝炎病毒可導(dǎo)致嚴(yán)重的、危及生命的健康問(wèn)題，如肝衰竭、肝硬化和肝癌。由于沒(méi)有針對(duì)該病毒的疫苗，患者只能通過(guò)藥物治療，但許多治療方法都伴隨著不良副作用，或者只對(duì)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(zhǔn)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(fù)制中起關(guān)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(guò) 90%。

圖丨丙型肝炎病毒（來(lái)源：Healthcare in Europe)

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“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(fù)雜大分子，其功能很大程度上取決于自身獨(dú)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(mén)。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(kāi)了一個(gè)困擾人類長(zhǎng)達(dá) 50 年之久的生物學(xué)難題 ——“蛋白質(zhì)折疊問(wèn)題”。這一驚人的成果立刻引發(fā)了關(guān)注?？茖W(xué)家們表示，這個(gè)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(jī)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(jí)酶研發(fā)鋪平道路，還可能對(duì)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(xué)研究、研究治療癌癥、新冠的救命藥等過(guò)程。

圖丨DeepMind 研究團(tuán)隊(duì)正展示其 AI 系統(tǒng)預(yù)測(cè)的蛋白質(zhì) 3D 結(jié)構(gòu)（來(lái)源：DeepMind）

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腸道微型機(jī)器人

新技術(shù)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(xué)博爾德分校）的 “結(jié)腸探索者” 是一個(gè)類似坦克的設(shè)備，它可以穿越結(jié)腸，對(duì)其進(jìn)行成像，甚至幾乎自主地進(jìn)行活檢。同時(shí)，University of Leeds（利茲大學(xué)）的研究人員創(chuàng)造了一個(gè)機(jī)器人結(jié)腸鏡系統(tǒng)，依靠磁鐵在體內(nèi)安全地移動(dòng)探頭。

圖丨腸道探索者（來(lái)源：University of Colorado Boulder）

而 Purdue University（普渡大學(xué)）的研究人員則開(kāi)發(fā)出了微型機(jī)器人，能夠在結(jié)腸內(nèi)移動(dòng)。機(jī)器人由外部磁場(chǎng)控制，設(shè)計(jì)用于在胃腸道系統(tǒng)內(nèi)輸送藥物。研究人員通過(guò)將設(shè)備放入小鼠的肛門(mén)，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(guò)程中檢測(cè)息肉?；谶@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(zhǔn)，它能夠?qū)Y(jié)腸的 2D 和 3D 圖像進(jìn)行分割和分析，并發(fā)現(xiàn)其中任何可疑的病變。

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診斷、治療疾病的隱形眼鏡

隱形眼鏡可以彎曲光線來(lái)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(jī)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(shè)備可以快速調(diào)整瞳孔大小，以達(dá)到適當(dāng)?shù)囊曈X(jué)焦點(diǎn)和景深。它的工作原理是在隱形眼鏡內(nèi)有一個(gè)由同心圓組成的液晶顯示器（LCD），每個(gè)液晶顯示器可以做成透明或不透明，以達(dá)到所需的瞳孔大小。

Tel Aviv University（以色列特拉維夫大學(xué)）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(lái)源：Healthcare in Europe）

Pohang University of Science and Technology（韓國(guó)浦項(xiàng)科技大學(xué)）研發(fā)出一種智能隱形眼鏡，可以同時(shí)測(cè)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(gè)葡萄糖傳感器、一個(gè)給藥庫(kù)、一個(gè)無(wú)線電源接收線圈、一個(gè)集成電路芯片和一個(gè)射頻通信系統(tǒng)。研究人員認(rèn)為，可以用這樣的隱形眼鏡制造出類似人工胰腺的設(shè)備，當(dāng)葡萄糖水平達(dá)到一定濃度時(shí)，就會(huì)輸送胰島素。

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諾獎(jiǎng)技術(shù) CRISPR 的多重應(yīng)用

2020 年無(wú)疑是諾獎(jiǎng)技術(shù) CRISPR 的高光一年，新冠肺炎的流行讓這項(xiàng)技術(shù)又多了一個(gè)應(yīng)用落地的抓手。Tulane University（杜蘭大學(xué)）和加州大學(xué)伯克利分校（University of California, Berkeley）的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了基于 CRISPR 的測(cè)試，只需幾分鐘就能完成，并使用智能手機(jī)讀出結(jié)果。California Institute of Technology（加州理工學(xué)院）的研究人員開(kāi)發(fā)了一種多路電子裝置，可以檢測(cè)新冠病毒、抗病毒抗體和炎癥標(biāo)志物等物質(zhì)。

圖丨基于 CRIPSR 技術(shù)的多路電子裝置（來(lái)源：California Institute of Technology）

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新一代心臟瓣膜

病變的心臟瓣膜通常會(huì)影響到老年人，但許多兒童出生時(shí)就有先天性心臟畸形，需要安裝假瓣膜。隨著兒童的成長(zhǎng)，他們的心臟也在成長(zhǎng)，假瓣膜必須反復(fù)更換更大的版本才能跟上。來(lái)自 Harvard Universit（哈佛大學(xué)）和 Boston Children's Hospital（波士頓兒童醫(yī)院）的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了一種人工瓣膜，可以通過(guò)微創(chuàng)的經(jīng)導(dǎo)管手術(shù)，擴(kuò)大人工瓣膜的體積，以補(bǔ)償不斷增長(zhǎng)的心臟。所需的程序比更換更大型號(hào)的瓣膜的創(chuàng)傷性要小得多，使患者更容易接受，同時(shí)也便宜得多。

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

該設(shè)備已經(jīng)在植入了新瓣膜并允許其生長(zhǎng)的綿羊中試用過(guò)，并且該瓣膜按預(yù)期運(yùn)行，在心動(dòng)周期中正常運(yùn)行以打開(kāi)和關(guān)閉血流通道，同時(shí)可以在整個(gè)研究過(guò)程中反復(fù)調(diào)節(jié)。研究人員稱在多輪測(cè)試中，瓣膜原型能夠擴(kuò)展以適應(yīng)心臟內(nèi)的生長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)不對(duì)稱。它們?cè)诟鞣N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(kuò)張而無(wú)需框架和小葉伸展或擴(kuò)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(zhǎng)的綿羊模型中的多個(gè)時(shí)間點(diǎn)成功安全地?cái)U(kuò)展了該設(shè)備。

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“智能” 起搏器

心臟起搏器、除顫器等植入式設(shè)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(yuǎn)程監(jiān)測(cè)是設(shè)備應(yīng)用和疾病護(hù)理的重要組成部分。設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的傳統(tǒng)方式主要利用控制臺(tái)設(shè)備實(shí)現(xiàn)。盡管數(shù)百萬(wàn)患者擁有心臟起搏器和除顫器，但許多人缺乏對(duì)設(shè)備及其功能的基本了解，讓遠(yuǎn)程監(jiān)始終是一道臨床難題。與移動(dòng)應(yīng)用結(jié)合使用、支持藍(lán)牙的心臟起搏器設(shè)備可以彌補(bǔ)患者與心臟治療之間的這些斷層問(wèn)題，這些連接設(shè)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(lái)源：Healthcare in Europe)

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