在刚刚过去的2021年里，我们见证了生物医学领域的几大里程碑式进展：强大的mrna疫苗高效而迅捷地阻击新冠，体内注射的crispr释放了基因疗法的潜能，源于皮肤的人造胚胎拓展了科学伦理的边界，无与伦比的ai成为牢靠的蛋白质结构预言家，并向药物设计的方向大步前进……
这些突破将塑造人类未来的医学和生活。
mrna疫苗：更快、更简、更广
当我们谈论新冠疫苗时，我们必然要谈论mrna疫苗的神奇。这款基于在实验室里沉寂几十年的技术的新作，展现了mrna平台相较以往任何疫苗技术平台都更快、更简单、更具适应性的非凡本色。
非凡能力源于它让研发者不必再依赖病毒的靶蛋白——而只需要这些蛋白质的编码序列以及一台笔记本电脑和一些独创性——便可设计疫苗。
全球药剂巨头葛兰素史克的一个团队如此评价道：“数字疫苗的时代已经到来。”
你只要足够关注mrna技术，就知道这个领域正在爆炸式扩张——mrna疫苗能够改变目前针对一系列疾病的治疗方法。
例如，moderna于2021年8月启动了一项hiv疫苗人体试验，以评估其安全性。他们还与美国国立卫生研究院（nih）一起公布了一款hiv候选疫苗的数据。数据显示该疫苗将猴子感染hiv的概率降低了近80%，且所有接种对象都产生了针对12种hiv试验毒株的抗体。这称得上是一项壮举。
除了对付病毒，mrna疫苗也提供了关于自身免疫或神经退行性疾病的凯发备用官网的解决方案。
biontech公司正在应用mrna技术治疗多发性硬化症（ms）。ms患者的免疫系统会逐渐剥离神经纤维表面的绝缘层，即髓鞘，造成不可逆转的损伤。biontech团队的小鼠实验的初步结果是正向的，表明新方法“高度灵活、快速且具有成本效益”，同时还有望围绕每个患者定制个性化方案。
若把目光放更远，我们或许还会看到用于治疗癌症或对付抗生素耐药性的mrna疫苗。
体内注射crispr：数百种遗传相关疾病的潜在疗法
crispr久负“可能从根本上改变基因治疗”的盛名。早期研究使用基因编辑工具来增强免疫t细胞，令其转变为“超级士兵”，拥有更强的对抗血癌的能力（car-t疗法）。该工具还在与贫血及其他血液病症的斗争中取得成功。
但crispr技术的缺陷在于细胞需要先在体外进行基因编辑，然后再注入血液。
2021年的crispr似乎完成了一次终极迭代：操作者可直接在体内编辑基因！这为我们治愈数百种由遗传信息出错而引起的疾病打开了通路。
在一项突破性的试验中，伦敦大学学院的研究人员成功编辑了肝脏中的一处突变基因——该突变会导致心脏和神经损伤。
不同于过往的编辑方式，这一次crispr工具包通过单次输注被送至6 名患者的血液里，接着关闭突变基因，从而显著减少突变蛋白的产生。这里负责递送工具包的是脂质纳米颗粒，对肝脏具有亲和力，不过其基因编辑效果十分短暂。
另一个试验团队则将治疗工具直接注入视网膜，继而剪断了导致失明的功能失调基因，成功帮助参试者更好感知光线。（需要指出的是，人体大部分组织不同于视网膜，crispr无法通过简单的输注就立即进入其中。）
上述两项成功的试验验证了体内基因编辑的可能性，让crispr呈现出更广阔的应用前景。而随着递送/运输技术的进步，crispr及其升级版本必将用于攻克更多不治之症。
从皮肤细胞到人造囊胚：对人类形成之初的凝视和窥探
就目前来说，人类胚胎发育的最早期阶段（最初的几小时/几天）如同一个黑匣子。我们很想破解它，也非常需要破解它——理解妊娠早期是我们解决出生缺陷、流产问题和改进辅助生殖技术的关键。
而问题在于，早期胚胎很难获得，且面临巨大的道德和法律压力。
2021年的几项研究通过技术升级在某种意义上绕过了一些伦理障碍：研究人员将皮肤细胞转化为囊胚（仅发育几天的胚胎）；这样的早期“胚胎”或许算不上真正意义的人类胚胎，因为它不涉及生殖细胞，仅仅是一个（也是第一个）“人类胚胎的完整模型”。
当然，鉴于人造胚胎在基因上与天然胚胎相似，关于“这个模型可以培养多长时间”存在伦理争论。
国际干细胞研究协会（isscr，负责管理人类干细胞和胚胎相关研究）很关注人造胚胎的伦理问题。不过出人意料的是，他们在2021年放宽了胚胎体外培养的14天规则。在更宽松环境下，未来的研究有望揭示人类胚胎在植入子宫后，以及原肠胚形成后，会发生什么。
延长14天限制的决定充满争议，但也提供了前所未有的机会：研究者可以对体外受精（ivf）有一次修订，也将首次实现对人类发育第一阶段的检查。
当然，这也势必引发伦理困惑：无论是天然还是人造的胚胎，如果它开始发育出会放电的神经元，或是会跳动的心脏细胞，我们该怎么办？面对一个可能向完整生命体转变的人造囊胚，每个人都很清楚——科学的探索越深，伦理的责任越重。
ai预测：蛋白质→复合物→rna→药物分子？
人工智能预测蛋白质：deepmind和华盛顿大学都设计了能完全依据蛋白质的遗传密码而预测其三维结构的人工智能算法。
这是“几十年一见的进展” “年度突破”，也是一种将完全改变结构生物学的工具。
更新版本的算法还可以预测蛋白质复合物的结构，甚至功能。此外，ai也开始解决rna（连接dna和蛋白质的信使）的结构问题。
关于利用人工智能进行药物设计，相关研究团队已经酝酿了很久。谷歌母公司alphabet于2021年成立了一家名为isomorphic labs的新企业，旨在借助ai研发新药。
强大的算法可以帮助研究人员更轻松地从数百万种化学物质里筛选出候选者。第一种由人工智能发现的药物已进入临床试验阶段（针对一种肺部疾病的安全测试）。这一里程碑式的试验有望为我们带来首款“ai发现 临床检验”的新药。
资料来源：
these 2021 biotech breakthroughs will shape the future of health and medicine
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