科技

DeepTech发布生命科学十大技术趋势,基因编辑在列

CRISPR 基因编辑、合成生物学技术、单细胞多组学技术等前沿生物技术将继续取得革命性突破,并进一步改变生命科学领域的游戏规则,也改变我们生存的这个世界。

DeepTech“2019 生命科学论坛”现场。主办方供图
3月22日,中国新兴科技内容和硬科技服务提供商DeepTech“2019生命科学论坛”在沪举办,来自生物医药领域的科学家、投资人和创业者深度探讨生命科学领域的科研创新、技术革命和未来趋势。DeepTech独家运营麻省理工科技评论、IEEE Spectrum、NewScientist等垂直媒体。

DeepTech方面认为,2019年生命科学领域会进入一个全新时代。在2019年,包括CRISPR基因编辑在内,合成生物学技术、单细胞多组学技术等前沿生物技术将继续取得革命性突破,并进一步改变生命科学领域的游戏规则,也改变我们生存的这个世界。

全球生命科学及医疗健康领域市场规模日益庞大。2014年,中国超过日本成为世界第二大生物医药市场;2017年,中国的生物医药行业市场规模已经达到了3417.19亿元,预计到2020年,中国生物医药市场规模将会是日本的两倍,并超过美国成为世界第一。

论坛上提到,现在,中国生物医药市场正迎来“黄金时代”,中国本土也诞生出越来越多的新兴科技企业,吸引了越来越多的创新人才。国内蓬勃发展的生物医药行业,正在形成一个万人瞩目的领域。

当天,DeepTech发布了“2019生命科学领域十大技术趋势”。生命科学领域备受关注的CRISPR工具包、免疫治疗2.0、治愈罕见病、基因大数据、核酸药物、脑科学与脑机接口、智慧医疗、无创早期诊断、合成生物学技术和单细胞多组学等技术趋势入选其中。

Flagship Pioneering高级合伙人Jason Pontin为这十大技术趋势做了逐一解读。

辰德资本合伙人赵瑞林在DeepTech2019生命科学论坛上分享了未来三到五年之内在生物医疗投资方面可能的热点。他认为,AI+大数据的应用、癌症早筛、基因治疗、面向消费者的基因测序和手术机器人,将成为未来三到五年内投资的热点。

复星凯特生物科技有限公司总裁王立群在会上发表演讲,他表示中国在CAR-T治疗产业化还面临着很多挑战,我们不用担心太落后于国外太多,但也不要盲目认为我们是第一。

在圆桌讨论环节中,普华永道资本市场合伙人杨方表示,中国是医疗数据大国,但是每个医院用的系统不一定是一样的,数据结构也是不一样的,要把这些做成统一的结构化数据,需要花很多的时间和精力。但最终的前景肯定是光明的,但是在达到那条线之前还是要花很多的时间和精力。

同时,论坛还公布了10位“DeepTech2019生命科学领域创新人物”。

附:2019生命科学领域十大技术趋势:

1.CRISPR工具包(CRISPR/CasToolkit)

30多年前,科学家在细菌中发现规律间隔成簇短回文重复序列,并发现这种重复序列可让细菌对病毒有免疫抗性。2001年,西班牙科学家Francisco Mojica正式将其命名为CRISPR,2012年两位女科学家,来自加州大学伯克利分校的结构生物学家詹妮弗•杜德纳(Jennifer Doudna)和瑞典于默奥大学的埃马纽埃尔•卡彭蒂耶(Emmanuelle Charpentier)首次将CRISPR/Cas作为基因编辑系统应用。2013年,来自于哈佛大学医学院的George Church、麻省理工学院博德研究所的张锋以及加州大学旧金山分校系统及合成生物学中心的亓磊(目前就职于斯坦福大学),分别发表三篇文章,将CRISPR/Cas系统成功应用到哺乳动物细胞中。

CRISPR/Cas9的出现,引领了整个基因编辑领域爆炸式的发展,如今,众多科学家进一步扩充了CRISPR/Cas基因技术,将其从单一的“基因剪刀”扩展成多功能的“基因工具包”,展示了基于不断扩大的CRISPR/Cas系统令人兴奋的应用前景。科学家们预测,CRISPR/Cas9基因编辑技术将改变我们生活的社会和周围的生物。

2.免疫治疗2.0(Immunotherapy2.0)

100多年前,美国纽约骨科医生William Coley意外发现术后化脓性链球菌感染使肉瘤患者肿瘤消退,揭开了肿瘤免疫疗法的序幕,William Coley也因此被誉为肿瘤免疫治疗之父。

2018年,万众瞩目的诺贝尔生理学或医学奖颁给了美国科学James P. Allison和日本科学家Tasuku Honjo,他们为癌症免疫治疗做出了开拓性贡献。如今,全球开展癌症免疫治疗的公司数量高达数百家,国内也有十几款免疫治疗产品申报了临床试验,相关研究成果战报频传,朝着治愈癌症的终极目标稳步迈进。

随着基础和临床研究的不断突破,我们对免疫疗法的认识也在不断加深,免疫疗法的适应症也在不断拓展,从一开始的主要阵地白血病,到非霍奇金淋巴瘤、多发性骨髓瘤,再到自身免疫疾病,免疫疗法进入了更加精准、联合、广谱的2.0时代。

3.治愈罕见病(Cure of Rare Diseases)

在没有失误或脱靶效应的情况下,通过基因编辑技术对突变基因进行修正,有望产生可预测的有益效果,甚至实现某些遗传疾病的一次性治愈。回顾基因治疗近20年的发展,直到近几年我们才真正迎来基因疗法时代,看到一次性治愈罕见病的希望。

基因治疗(genetherapy)作为一种颠覆性的医疗技术,已经实现能够将外源正常基因导入靶细胞,以纠正或补偿缺陷和异常基因引起的疾病,从而达到治疗先天性遗传疾病的目的。如今,全球已有超过2500多个基因治疗临床试验正在进行,基因疗法也已经成为全球医药研发企业的必争之地。

2018年年中,美国FDA宣布将继续大力推进基因疗法的开发,并发布6大新指南,为基因产品如何开发、监管机构审核和报销建立了政策框架。同时也指出人类基因治疗的热门领域,包括血友病、视网膜疾病和罕见病。

2019年,针对多种罕见病的治疗将进入临床,基因治疗在时隔近20年后,正式进入高速发展阶段。越来越多的中小型基因治疗创业公司破土而出,传统制药巨头如辉瑞、诺华、葛兰素史克也纷纷布局基因治疗领域。在中国,一些涉足基因编辑的初创企业,以及一些基因治疗项目有望在2019年进入临床阶段。

4.基因大数据(Gene Big Data)

2003年4月15日,由6国科学家共同参与的国际团队宣布完成人类基因组图谱。这个耗资30亿美元,被誉为生命科学“登月计划”的研究项目,为人类揭开自身奥秘奠定了坚实的基础。人类基因组图谱的绘就,已经成为人类探索自身奥秘史上的一个重要里程碑,也被很多分析家认为是生物技术世纪来临的标志。

仅在十多年后,随着技术的发展和成熟,完成全基因组测序的成本已经从当年的30亿美元,逐渐降低到数十万美元,数千美元甚至更低,市场上也出现了众多面向大众的消费级基因检测产品。除了大家熟知的无创产前基因检测、新生儿遗传疾病筛查等应用之外,个体基因检测还可以锁定个人病变基因,实现提前预防和治疗。

通过对个体的基因检测,可实现对罹患多种疾病的预测,甚至对个体的行为特征提供更加深刻的见解。比如在个体基因检测产品中,通过对个体样本DNA数据的分析,能够解读出癌症、代谢疾病、精神疾病等的风险,还能够解读出个体的药物适应性、运动天赋、酒量等信息。随着全世界数百万甚至上千万个体完成了个人基因组数据的解读和分析,目前已经出现了一些基于DNA信息更加引人注目的新兴技术,比如DNA刑侦、新药预测,并在这些领域取得了革命性的进展。我们也已经迎来一个由DNA数据所带来的革命性时代。

5.核酸药物(Nucleic Acid Drugs)

在新药研发领域,针对目标蛋白的靶向疗法已经成为主流,针对DNA突变的基因疗法也正如火如荼,而作为基因和蛋白质之间的桥梁,mRNA近年来正越来越受关注。除此之外,科学家们还发现在真核细胞中存在一种特有的基因沉默机制,它可以抵抗外来物质入侵、保护遗传信息的稳定性、调节生物体的各种机能,也被称为RNA干扰(RNAi)现象。

RNAi机制由Andrew Z. Fire和Craig C. Mello教授于1998年首次发现,在2002年被Science杂志评为十大科学成就之首,在2006年获得诺贝尔生理学或医学奖。RNAi的发现极大拓宽了人类药物的来源和开发方向。如今,以siRNA(小干扰RNA)、miRNA(微小RNA)为主的寡核苷酸药物,和以mRNA治疗药物、mRNA疫苗和CRISPRRNA为主的核糖核酸药物,共同构成了核酸药物。

大量研究表明,核酸及其降解物、衍生物具有良好的治疗作用,我们也正迎来mRNA药物、RNAi药物等的全新时代。核酸药理论上可以达到传统药物无法替代的效果,与小分子药物一样可以在细胞内发挥作用,甚至可以作用到细胞核并具有精确的靶向性,对于一些单基因疾病核酸药物也非常有优势。在全球精准医疗大时代下,不同基因差异或表达异常引起的疾病,理论上核酸药都可对其进行个性化开发。

6.脑科学与脑机接口(Brain Science and Brain-computer Interface)

脑科学是人类理解自然界现象和人类本身的“最终疆域”,脑科学研究也被称为“人类认识自然与自身的终极挑战”。近年来,世界各国纷纷推出了各自的“脑计划”,其目标可概括为:对各种脑功能神经基础的解析;利用神经环路研究所获得的新信息,发展有效诊断和治疗脑疾病的新方法;开展脑科学所启发的类脑研究,推动新一代人工智能技术的进步。

随着脑成像、生物传感、人机交互以及大数据等新技术不断涌现,脑科学与类脑研究正日益成为世界各国争相研究的重点科学领域之一。在“脑计划”的推动下,“脑科学”领域也有望出现一些激动人心的应用,包括类脑计算系统、脑机接口和脑机融合的新模型,并有望推动脑疾病的诊治、人工智能等领域的发展。

7.智慧医疗(Smart Medical Care)

在将来,医疗行业将融入更多人工智慧、传感技术等高科技,使医疗服务走向真正意义的智能化,推动医疗事业的繁荣发展。人工智能已经在医疗领域发挥重要作用,比如医学影像识别、生物技术、辅助诊断、药物研发、营养学等领域,并将改变医疗手段甚至医疗模式。

到2025年,世界人工智能市场总值将达到1270亿美元,其中医疗行业将占市场规模的1/5,医疗AI俨然将成为人工智能最为重要的运用场景之一。另一方面,数据作为人工智能的重要支撑,容纳各类疾病特征、病例、指标数据的数据平台,也成为智慧医疗建设发展的重点内容。新一代通讯技术的出现,物联网芯片技术的发展,也推动了移动医疗设备的极大商用,尤其以运动、心律、睡眠等健康监测为主的各类智能装置传感器等医疗健康设备。

8.无创早期诊断(Non-Invasive Early Diagnosis)

近几年在肿瘤诊断方向,随着基因组测序技术的不断发展,以外周血液中循环肿瘤DNA(ctDNA)为主要标志物的液体活检,已经成为最具潜力的肿瘤早期精准诊断技术。

基于基因成像和测序方法的液体活检,可以识别和监控较早期阶段出现的肿瘤,人工智能以及基因大数据的应用,结合液体活检为多数癌症提供一种有效的早期筛查方法,为癌症早期诊断、精准确定癌症类型、预测癌症扩散和预后管理提供线索。

9.合成生物学技术(Synthetic Biology Technology)

从本质上说,电脑是一个能通过一定算法处理信息的机器,电脑的电路回路越强大,就能进行越复杂的计算和算法。相似地,细胞通过基因工程改造也可以像一个迷你电脑一样,回路越复杂,计算能力越强。

作为第三次生物技术革命,诞生于21世纪初的合成生物学,已经给人类社会生活带来颠覆性的变化。人工设计的细胞将可在体内定时为患者输送药物;通过基因设计可以控制家蚕、蚊子等昆虫的性别;基因编辑可以使育种速度成倍提升……这些都是合成生物学带来的神奇改变。

近年来,伴随CRISPR等基因组编辑技术的不断革新,以及同样快速发展的大数据、人工智能和机器人技术等,合成生物学的前景变得越来越明确,合成生物学的产业化发展迎来一个爆发期。

10.单细胞多组学(Single-cell Multiomics)

细胞是构成生命体的结构和功能的基本单位,不同类型的细胞形态迥异,功能也各不相同。即使是同类细胞间看似相同,相互间也存在着广泛的细胞异质性。早期基于群体细胞分析所获得的平均性数据,往往忽略了细胞个体间差异。

随着细胞分离和新一代测序的发展,研究人员可以研究单个细胞的DNA、RNA、蛋白质和染色质,科学家们已经开始以单细胞分辨率组合多层信息,揭示单细胞基因组、转录组、甲基化、蛋白质组学等数据。

2009年,第一个单细胞转录组测序技术出现;2011年单细胞基因组测序技术出现;2013年单细胞全基因组DNA甲基化检测技术出现。随后,科学家在细胞分选技术、核酸扩增技术、信噪比提高方面等进行不断优化和改进,也进一步开创了单细胞多组学不同层面的测序和分析技术。

单细胞多组学技术让我们更清楚地识别特定细胞及其功能,并且能够提供前所未有的临床和科研大数据,帮助科学家们更准确、更深入地了解生物体的生理和病理机制,例如干细胞的分化、神经细胞的发育、癌细胞的病变机理、免疫细胞的功能等等,并为个体化精准医疗方案的制定提供了指导方向。

附:2019生命科学领域创新人物(按姓氏拼字首字母排序)

1.丛乐,麻省理工学院-哈佛大学布罗德研究所研究员

作为将CRISPR基因编辑技术带到人类基因世界的创新科学家之一,丛乐首次使用CRISPR/Cas9系统作用于人类和鼠类细胞基因,并揭示了相关技术在基因治疗,特别是心脑血管疾病和癌症治疗中的应用潜力。目前,丛乐专注于单细胞测序、基因组学及系统生物学的研究,并与基因编辑技术相结合来探究癌症免疫学机理和针对癌症免疫调控的疗法开发。

2.韩璧丞,Brain Co公司与Brain Robotics公司创始人兼CEO

作为将脑机接口技术投入商业应用的创新企业家之一,韩璧丞在哈佛大学脑科学中心攻读脑科学博士期间,创立了脑机接口技术公司Brain Co。他创立的为残疾人制造智能假肢的半公益项目Brain Robotics,开发的产品可以帮助残疾人通过意念控制假肢和手指,实现灵活运动。同时,Brain Co的团队正在研发世界上第一款结合人工智能算法的脑信息处理芯片。

3.何霆,艺妙神州医药科技创始人兼CEO

作为致力于将CAR-T技术和基因细胞药物应用于恶性肿瘤治疗的创新企业家之一,何霆创立了北京艺妙神州医药科技有限公司。该公司的候选CAR-T新药产品IM19已在早期临床研究中表现出令人激动的疗效,有望极大改善晚期血液肿瘤的治疗现状。

4.孔令杰,清华大学精密仪器系副教授

作为专注于神经成像领域的方法创新、系统设计和集成等多个方面的创新科学家之一,孔令杰设计研制了三维高速双光子荧光显微成像系统,发展了基于自适应光学的深层组织显微系统,参与研发了全球首台具备视频帧率、厘米级视场、亚微米级分辨率的十亿像素成像系统。孔令杰的研究从“认识脑”到“模拟脑”,不仅是未来中国“脑计划”的重要技术支撑,更是脑科学与人工智能转化之间的关键纽带。

5.李腾,北京蓝晶微生物科技有限公司创始人兼CEO

作为将合成生物学技术应用于对生命系统进行优化、开发新微生物产品以解决生态问题的创新企业家之一,李腾发现了一种在新疆艾丁湖的耐盐耐碱细菌,大大降低了可降解生物塑料聚羟基脂肪酸酯(PHA)的生产成本。此外,其领导团队开发了全新的数据管理系统Holog,提升了研发流程的数据化与自动化水平,建立了软硬一体实验室,极大提升了微生物合成的工程化水平。

6.亓磊,斯坦福大学生物工程学副教授

作为CRISPR基因编辑技术中国和欧盟专利的共同发明人之一,亓磊首次将基因魔剪CRISPR/Cas系统升级为基因编辑“瑞士军刀”CRISPR-dCas,并以此为基础拓展应用,先后发明了基于CRISPR的基因开关(CRISPRi/a),使在不引入突变的情况下精准开启或关闭特定基因表达。亓磊发明的一系列CRISPR技术大大扩展了“基因工程”,进而改变了对“基因工程”的定义。

7.邵洋洋,中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所博士后

作为首次通过合成生物学“工程化”方法探索解析真核细胞染色体起源与进化的创新科学家之一,邵洋洋参与创建了世界首例单染色体的真核细胞,实现“人造生命”里程碑式的重大突破。邵洋洋的研究为探索高等生物染色体结构和功能的关系提供了新的思路,为研究端粒相关的衰老和癌症提供了有用的模型。

8.王艳丽,中科院生物物理所研究员、中国科学院大学教授

作为在CRISPR/Cas机制研究领域接连取得重大突破的创新科学家之一,王艳丽研究工作主要集中在CRISPR/Cas系统的作用机理,以及RNA干扰(RNAinterference,RNA)相关蛋白的结构与功能研究。自2014年至2018年,王艳丽团队不断在以上研究领域取得重大突破,为CRISPR/Cas系统的机制阐明做出了原创性的突出贡献。

9.谢丹,四川大学生物治疗国家重点实验室研究员

作为致力于开发高通量高解析度的单细胞多组学复合测序技术、利用单细胞测序技术研究肿瘤发生、开发和转化无创液体活检诊断技术的创新科学家之一,谢丹在多组学数据以及生物信息学研究领域,结合迅速发展的测序技术以及机器学习方法,系统地研究了多种基因调控机制和基因组间表观遗传谱的差异,揭示了基因调控导致性状差异的分子层面机理,以及人体多组学和疾病之间的对应关系。

10.邹昊,清影医疗创始人兼CEO

作为将“进阶版”人工智能技术引进医学领域、以小规模数据集训练出高灵敏性、高稳定性医疗数据分析系统的创新企业家之一,清华“姚班”出身的邹昊致力于开拓人工智能在医疗影像和大数据健康等领域的深度应用。其所创办的清影医疗在短短一年多的成长过程中与多家中国顶级临床医院进行密切合作,成为初创企业中医疗产业与人工智能技术跨界交融的创新范例。

澎湃新闻
相关新闻
显示更多 >>
订阅新闻电邮