MIT科技评论发布2019十大突破性技术之医疗健康

2019年03月04日 来源:生物探索

  自 2001 年起,《麻省理工科技评论》每年都会评选出当年的“十大突破性技术”。2019年2月27日,“十大突破性技术”名单如约而至。与往年不同的是,今年《麻省理工科技评论》邀请了比尔•盖茨作为客座评选人,他全程参与了评选工作,选出在他眼中今年将使世界变得更美好的发明,并为本届榜单作序。
  从入选的突破性技术名单来看,包括灵巧机器人(Robot dexterity)、核能新浪潮(New-wave nuclear power)、早产预测(Predicting preemies)、肠道显微胶囊(Gut probe in a pill)、定制癌症疫苗(Custom cancer vaccines)、人造肉汉堡(The cow-free burger)、捕获二氧化碳(Carbon dioxide catcher)、可穿戴心电仪(An ECG on your wrist)、无下水道卫生间(Sanitation without sewers)、流利对话的AI助手(Smooth-talking AI assistants),正如比尔•盖茨在序中所说,这是一个值得努力的未来。其中涉及医疗健康的有以下几个:
  早产预测
  重要性:每年有1500万婴儿过早出生,它还是5岁以下儿童死亡的主要原因。
  主要玩家:Akna Dx
  可及性:可以在五年内进入临床
  一个简单的血液测试可以预测孕妇是否有早产的危险。我们的遗传物质主要存在于细胞内。但是少量的“无细胞”DNA和RNA也漂浮在我们的血液中,通常是由垂死细胞释放的。在孕妇体内,这种游离的遗传物质碎片主要来自于胎儿、胎盘和母亲的细胞。
  斯坦福大学(Stanford)的生物工程师Stephen Quake找到了一种方法来解决医学上最棘手的问题之一:大约十分之一的婴儿早产。
  自由漂浮的DNA和RNA携带者以前需要侵入性的方法来抓取细胞的信息,例如对肿瘤进行活检或穿刺孕妇的腹部进行羊膜穿刺术。现在,检测和分析血液中少量的无细胞遗传物质更容易。在过去的几年里,研究人员已经开始开发血液检测癌症(通过从肿瘤细胞中发现DNA)和产前筛查唐氏综合症等病症的方法。
  这些条件的检测依赖于寻找DNA中的基因突变。另一方面,RNA是调控基因表达的分子,能决定一个基因产生多少蛋白质。通过对母亲血液中自由漂浮的RNA进行测序,Quake筛选出七个基因表达的波动,这些基因与早产相关。这让他能够识别出可能早产的女性。一旦得到警告,医生可以采取措施避免早产,让孩子有更好的生存机会。
  点评:血液检测背后的技术快速、简单,每项检测不到10美元。Quake和他的合作者创办了一家名为Akna Dx的公司,将其商业化。
  肠道显微胶囊
  重要性:一种小型可吞咽装置可以捕获肠道的详细图像,无需麻醉,即使在婴儿和儿童中也是如此。该设备可以更容易地筛查和研究肠道疾病,包括使贫穷国家数百万儿童无法正常生长的疾病。
  主要玩家:麻省总医院
  可及性:现在用于成人,2019年开始婴儿试验
  环境肠道功能障碍(EED)可能是你从未听说过的花费最昂贵的疾病之一。它的特点是肠道发炎、容易渗漏和吸收营养不良,在贫穷国家很普遍,这也是许多人营养不良、发育迟缓、永远达不到正常身高的原因之一。没有人确切知道是什么导致了这种疾病,以及如何预防或治疗。
  通过实际的筛查来发现它将有助于医务工作者知道何时以及如何进行干预。目前已有针对婴儿的治疗方法,但诊断和研究这些幼儿肠道内的疾病通常需要对其进行麻醉,并将一根内窥镜的管子插入喉咙。这种方法极其昂贵和不舒服,而且在世界上需求普遍的地区不实用。
  因此,波士顿麻省总医院(MGH)的病理学家兼工程师Guillermo Tearney开发了一种小型设备,可以用来检查肠道是否有EED的迹象,甚至可以进行组织活检。与内窥镜不同的是,它在基层护理中使用起来很简单。
  Tearney的胶囊里装有微型显微镜,附在一根可弯曲的线型导管上(提供电力和照明),被连接到一种叫做光学相干断层成像系统( OCT )的设备上。这使得卫生保健工作者可以在任意位置暂停胶囊,并在完成后将其取出,消毒并重复使用。它还带有以单细胞分辨率拍摄消化道表面的技术,以及捕捉几毫米深度的三维横截面的技术。
  该技术有多种应用:在MGH,它被用来检测Barrett食管(巴雷特食管),一种食道癌的前兆。对于EED来说,Tearney的团队已经开发出了一种更小的版本,用于不能吞下药片的婴儿。这种疫苗已经在巴基斯坦的青少年身上进行了测试,那里的儿童EED非常普遍,婴儿试验计划在2019年进行。
  点评:这个小探针将帮助研究人员回答有关EED进展的问题,例如它影响哪些细胞以及是否涉及细菌,并评估干预措施和潜在治疗方法。
  定制癌症疫苗
  重要性:传统的化疗对健康细胞的损害很大,而且对肿瘤并不总是有效。
  主要玩家:BioNTech、基因泰克
  可及性:在人体试验中。这种疗法通过识别每个肿瘤特有的突变,刺激人体的自然防御系统只摧毁癌细胞。
  目前,科学家们即将商业化首个个性化癌症疫苗。如果这种疫苗能像人们希望的那样发挥作用,它就能通过独特的突变触发人体免疫系统识别肿瘤,从而有效地消灭多种癌症。
  与传统化疗不同的是,这种疫苗利用人体的自然防御系统选择性地摧毁肿瘤细胞,从而限制了对健康细胞的损害。在初始治疗后,攻击性免疫细胞也可以警惕发现任何游离的癌细胞。
  2008年,人类基因组计划(Human Genome Project)完成五年后,当遗传学家发表了第一个癌症肿瘤细胞序列时,这种疫苗的可能性就开始成形。
  不久之后,研究人员开始将肿瘤细胞的DNA与健康细胞以及其他肿瘤细胞的DNA进行比较。这些研究证实,所有的癌细胞都含有数百甚至数千种特定的突变,其中大多数是每个肿瘤所特有的。
  几年后,一家名为BioNTech的德国初创公司提供了令人信服的证据,证明一种含有这些突变拷贝的疫苗可以催化人体免疫系统产生T细胞,使其具备寻找、攻击和摧毁所有癌细胞的能力。
  2017年12月,BioNTech与生物技术巨头基因泰克(Genentech)合作,开始在癌症患者身上进行大规模的疫苗试验。目前正在进行的试验针对的是至少10种实体癌症,目标是在全球范围内招募560名以上的患者。
  点评:这两家公司正在设计新的生产技术,以更低的成本、更快的速度生产数以千计的个性化定制疫苗。这同时也将带来一个棘手的问题,因为研制这种疫苗需要对患者的肿瘤进行活检,对其DNA进行测序和分析,并将这些信息迅速送往生产现场。疫苗一旦生产出来,需要及时送到医院,延误可能是致命的。
  可穿戴心电仪
  重要性:监管机构的批准和技术的进步使得人们更容易通过可穿戴设备持续监控自己的心脏健康。
  主要玩家:AliveCor、苹果
  可及性:现在
  健康检测装置并不是严肃意义上的医疗设备。剧烈的锻炼或松松的表带都会干扰读取脉搏的传感器。但是心电图,则是医生用来在异常情况引起中风或心脏病发作之前进行诊断,需要去诊所检查,因此人们经常无法及时接受检查。
  由于新的法规和软硬件的创新,心电监测智能手表成为可能,它提供了一种接近医疗设备精度的可穿戴设备的便利性。
  硅谷初创公司AliveCor推出了一款与苹果手表兼容的腕带,于2017年获得FDA批准。该腕带可以检测出心房颤动,这是导致血栓和中风的常见原因。去年,苹果发布了自己带有心电图(ECG)功能的手表。不久后,健康设备公司Withings也宣布了发布一款配备心电图手表的计划。
  目前的可穿戴设备仍然只使用一个传感器,而真正的心电图有12个传感器。当下还没有一种可穿戴设备可以诊断心脏病。
  点评:但这可能会很快改变。 去年秋天,AliveCor向美国心脏协会提交了一个应用程序和双传感器系统的初步结果,该系统可以检测到某种类型的心脏病发作。


  参考资料:
  1)10 Breakthrough Technologies 2019, curated by Bill Gates
  2)Bill Gates: How we’ll invent the futur

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