科学的春天 | 2018年基因行业十大技术盘点

关键词/年度盘点  科研  文/基因慧

虽然经济寒冬对产业现阶段有一定影响(2018年投融资盘点),但政策窗口期仍在延长(2018年政策盘点)。主要原因是基因领域的技术在快速迭代期,转化空间较其他产业而言仍处于科学的春天。基因慧的年度基因行业盘点系列第三篇梳理了2018年十大技术,欢迎留言讨论,精选留言者将会获得基因慧原创《2019年基因行业报告》一份。

  划重点  

  诱导干细胞仅需激活一个基因

  非人灵长类动物的克隆

  绘制世界首个哺乳动物细胞图谱

  4倍位点的新型CRISPR剪刀

  基因疗法修复小鼠胚胎致命突变

  首次开发出人脑肿瘤类器官

  人造单染色体真核细胞

  新型CAR-T细胞突破血脑屏障

  AI预测蛋白质三维结构

  ctDNA片段大小分析助力癌症早筛

(以下事件按时间先后排序)

1、诱导干细胞仅需激活一个基因

• 技术突破利用CRISPR基因调控技术,只需激活基因组的一个位点,Sox2或Oct4基因,最终可以让普通细胞变成干细胞。

• 研究领域干细胞

• 主要研究团队:丁胜教授团队(Gladstone研究所/清华大学药学院)

• 应用前景:细胞再生、组织修复

• 论文发表:2018年1月19日《Cell Stem Cell》,https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(17)30501-5

拓展阅读

诱导干细胞的先驱山中伸弥教授在2006年发现引入4种转录因子即可获得干细胞,6年后获得诺贝尔生理学或医学奖。通过激活一个基因诱导多能干细胞是一个全新的更为简单的方法,未来有望直接将皮肤细胞诱导成心脏细胞或脑细胞,来治疗危重疾病。

2、非人灵长类动物的克隆

 

• 技术突破世界上首次通过体细胞核移植技术实现了非人灵长类动物的克隆

• 研究领域:体细胞核移植

• 主要研究团队:孙强和刘真团队(中国科学院上海神经科学研究所)

• 应用前景:通过短时间内复制大量遗传背景相同的克隆猴,快速建立模拟人类疾病的灵长类动物模型,加速针对阿尔茨海默症、自闭症、免疫缺陷、肿瘤和代谢性疾病等的药物筛选和研发。

• 论文发表:2018年1月25日《Cell》,https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(18)30057-6

拓展阅读

自1996年克隆羊多利诞生以来,许多哺乳类动物的体细胞克隆也相继成功,但是灵长动物的体细胞克隆一直是困扰科学家的难题,中国科学家成功培育出首个体细胞克隆猴,率先开启以猕猴作为实验动物模型的科研新时代,将促进针对阿尔茨海默病、自闭症、肿瘤等的新药研发进程。

 

3、绘制世界首个哺乳动物细胞图谱

• 技术突破利用自主开发的Microwell-seq高通量单细胞测序平台,对小鼠40余万个细胞进行了单细胞转录组分析,成功构建首个哺乳动物细胞图谱。

• 研究领域:细胞图谱

• 主要研究团队:郭国骥团队(浙江大学医学院)

• 应用前景:对构建人类细胞图谱给予指导,再生医学领域移植前细胞鉴定、疾病机理的研究和细胞水平的疾病诊断等。

• 论文发表:2018年2月23日《Cell》,https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(18)30116-8

拓展阅读

1)相关专家访谈:北京大学张泽民教授团队 | 上海交大施奇惠教授

2)随着单细胞测序技术逐渐成熟,关于细胞图谱的研究显著增多,目前广泛应用于人类发育的研究与疾病机理的发现。人类细胞图谱计划(HCA)被誉为与人类基因组计划(HGP)比肩的全球性科研项目,已于今年3月份完成25万发育细胞测序,将详细描述体内细胞的数量、类型、关系等重要信息,未来和基因图谱的结合将实现生物信息大数据质的飞跃。

4、4倍位点的新型CRISPR剪刀

• 技术突破新型基因编辑工具酶xCas9不再受限于以往spCas9基因编辑必需的PAM序列NGG,对PAM序列为NG、GAA或者GAT,xCas9也可进行基因编辑,编辑范围至少增加4倍,极大地拓宽了基因编辑的应用范围,此外也降低了错误编辑的概率。

• 研究领域基因编辑

• 主要研究团队:David R. Liu团队(哈佛大学/Broad研究所)

• 应用前景:基因治疗

• 论文发表:2018年2月28日《Nature》,https://www.nature.com/articles/nature26155

拓展阅读

David Liu与张锋、Jennifer Doudna等是基因编辑领域的科研大牛。近几年从锌指核酸内切酶(ZFN)、类转录激活因子效应物核酸酶(TALEN)到CRISPR/Cas9,逐渐提高基因编辑的精准度和可操作性等。其中,已有两项CRISPR疗法申报临床试验,今年10月FDA批准CRISPR Therapeutics与Vertex Pharmaceuticals合作研发的针对镰刀型细胞贫血症的基因疗法进入人体临床试验,12月初张锋公司治疗罕见眼疾的基因编辑疗法也经FDA审批进入人体临床试验阶段,这才是基因编辑真正造福人类的方向。

5、基因疗法修复小鼠胚胎致命突变

• 技术突破通过腺相关病毒(AAV)载体在小鼠子宫中对戈谢病胎儿进行注射治疗,使其更好地降解脂类分子,让戈谢病中缺乏的酶得到重新表达,实现在小鼠出生前对致命突变进行修复。

• 研究领域基因疗法

• 主要研究团队:Simon Waddington团队(UCL女性健康研究所

• 应用前景:遗传疾病治疗

• 论文发表:2018年7月16日《Nature Medicine》,https://www.nature.com/articles/s41591-018-0106-7

拓展阅读

对于SMA、血友病和戈谢病等难治愈的致命遗传疾病,基因疗法的出现是一个重大突破,特别是出生前对突变进行修复。首款获批上市的基因疗法是来自Spark Therapeutics的Luxturna,用于治疗先天性黑朦,其血友病基因疗法正在临床试验阶段;诺华、Bluebird的基因疗法已申请上市等待审批,分别针对1型SMA和β-地贫,有望明年上市。

6、首次开发出人脑肿瘤类器官

• 技术突破:首次在培养皿中建立了脑肿瘤类器官模型,通过基因组编辑技术,将临床发现的致癌突变引入人脑类器官模型,借此模拟原发性脑肿瘤的发生、发展过程。

• 研究领域再生医学

• 主要研究团队:Jürgen A. Knoblich研究组(奥地利科学院分子生物技术研究所)

• 应用前景:抗癌药物筛选

• 论文发表:2018年7月23日《Nature Method》,https://www.nature.com/articles/s41592-018-0070-7

拓展阅读

类器官技术被《Nature Method》评为2017年生命科学领域年度技术,作为近几年异军突起发展迅速的新兴技术,实现最大程度模拟体内器官,科学家已培养出结直肠癌、胃癌、膀胱癌等多个肿瘤类器官模型,可以快速验证药物对患者的疗效,大幅减少试错成本。

7、人造单染色体真核细胞

• 技术突破中国科学家首创人造单染色体真核细胞,酿酒酵母的16条染色体合成为一条,且没有重大生长缺陷

• 研究领域:合成生物学

• 主要研究团队:覃重军(中科院上海植物生理生态研究所)、薛小莉(植物生理生态研究所)、赵国屏(植物生理生态研究所)及周金秋(上海生化细胞所)

• 应用前景:研究染色体疾病、人类端粒功能及细胞衰老

• 论文发表:2018年8月2日《Nature》,https://www.nature.com/articles/s41586-018-0382-x

拓展阅读

1)合成生物学专家专访:清华大学戴俊彪博士 | 华大基因沈玥

2)酿酒酵母通常是研究染色体异常的重要模型,其1/3基因和人类基因同源,从2017年人工合成酵母基因组项目(Sc2.0)的5条染色体的设计与合成到2018年人造单染色体真核细胞,可见基因合成的快速迭代。根据江博士在基因慧2018年私董会报告,相关行业标准正在制定,不仅用于疾病模型研究,更有助于解决绿色能源和环境保护等问题。

8、新型CAR-T细胞突破血脑屏障

• 技术突破对T细胞表面CD6蛋白进行了修饰,增强与ALCAM的结合能力,临床前试验显示可以穿透内皮,浸润到胶质母细胞瘤和髓母细胞瘤,延长小鼠生存期。

• 研究领域肿瘤免疫治疗

• 主要研究团队:埃及儿童肿瘤医院和贝勒医学院

• 应用前景:治疗脑部肿瘤

• 论文发表:2018年9月6日《Nature》,https://www.nature.com/articles/s41586-018-0499-y

拓展阅读

健全的血脑屏障是脑部的重要防线,但是在癌细胞的利用下,血脑屏障成为其在大脑内生长的保护伞,免疫细胞却通常被拒之门外,修饰后可以突破血脑屏障的CAR-T细胞将有望治愈顽固的脑胶质瘤。

9、AI预测蛋白质三维结构

• 技术突破构建人工智能程序AlphaFold,可通过基因序列预测蛋白质3D结构

• 研究领域:蛋白质结构

• 主要研究团队:DeepMind

• 应用前景:预测靶点蛋白质三维结构,加速新药筛选

• 参考链接:https://deepmind.com/blog/alphafold/

拓展阅读

1)医学人工智能领域专家专访:鲁兴华教授

2)2018年AI在生命健康领域的应用更为成熟,如眼疾筛查、癌症诊断、药物研发、预测心脏疾病风险等。生命健康领域因为基因测序、质谱、芯片等生物信息解析工具出现,积累了大量组学大数据,从数据范式和成本上是AI的很好训练输入,BT和AI的结合可能促使BI,特别是在人工机器拟人化上的赋能支持。

10、ctDNA片段大小分析助力癌症早筛

• 技术突破证实肿瘤细胞和非肿瘤细胞cfDNA片段长度大小不同,在90-150bp区间中,ctDNA丰度明显提高,能提高检测灵敏度和准确性。通过建模区分肿瘤血液样本和健康血液样本,曲线下面积超过0.99,而未富集的普通cfDNA检测不到0.8。通过片段特异富集有望更早更灵敏检测肿瘤。

• 研究领域:液体活检

• 主要研究团队:Nitzan Rosenfeld团队(英国剑桥大学)

• 应用前景:癌症早期筛查和检测

• 论文发表:2018年11月8日《Science Translational Medicine》,http://stm.sciencemag.org/content/10/466/eaat4921.full

拓展阅读

1)癌症治疗领域专家专访:梁军 | 朱军 | 陆舜 | 刘红星 王杰军 | 茅矛| 杨虎山

2)液体活检企业推荐:Guardant上市首日暴涨69%

3)基于ctDNA检测的液体活检应用在癌症早筛和预后监测中面临的一个瓶颈即是ctDNA数量有限,为此,科学家开发了多种解决方案,提高检测灵敏度,如检测甲基化水平,以及卢煜明教授开发的利用特异性cfDNA末端坐标追踪癌症信号,更多的如对CTC、外泌体的富集和检测也都是主要研究方向。液体活检作为一项新兴热门技术,在早筛、诊断和治疗、监测疾病进展、预后评估和复发监测等全流程应用场景中具有无限的潜能,监测疾病进展是近期热点,早筛将是未来重要方向。

  精彩预告  

年度盘点之【临床篇】、【产业篇】等即将发布。

更多深度内容,将收录在基因慧即将发布的《2019年基因行业报告》

欢迎您留言参与讨论,精选留言者有机会获得上述纸质报告一份。

 

  《瞭望2020》  

在即将推出的【瞭望2020】系列文章中,基因慧邀请到以下专家讨论分享他们对未来科研进展的看法,敬请关注:

弓孟春  中国国家罕见病注册系统执行总监

王   威  华大基因首席医学官

方向东  中国科学院北京基因组研究所博士生导师

江会锋  中科院天津工业生物技术研究所研究员

肖   云  哈医大生物信息科学与技术学院教授

 

 

版权所有,未经允许不得转载。基因慧:数字生命健康产业大数据平台 » 科学的春天 | 2018年基因行业十大技术盘点

相关推荐

抢沙发