生命科學十大技術趨勢

3月22日，中國新興科技內容和硬科技服務提供商DeepTech“2019生命科學論壇”在滬舉辦，來自生物醫藥領域的科學家、投資人和創業者深度探討生命科學領域的科研創新、技術革命和未來趨勢。

DeepTech方面認為，2019年生命科學領域會進入一個全新時代。在2019年，包括CRISPR基因編輯在內，合成生物學技術、單細胞多組學技術等前沿生物技術將繼續取得革命性突破，并進一步改變生命科學領域的游戲規則，也改變我們生存的這個世界。

全球生命科學及醫療健康領域市場規模日益龐大。2014年，中國超過日本成為世界第二大生物醫藥市場；2017年，中國的生物醫藥行業市場規模已經達到了3417.19億元，預計到2020年，中國生物醫藥市場規模將會是日本的兩倍，并超過美國成為世界第一。

論壇上提到，現在，中國生物醫藥市場正迎來“黃金時代”，中國本土也誕生出越來越多的新興科技企業，吸引了越來越多的創新人才。國內蓬勃發展的生物醫藥行業，正在形成一個萬人矚目的領域。

當天，DeepTech發布了“2019生命科學領域十大技術趨勢”。生命科學領域備受關注的CRISPR工具包、免疫治療2.0、治愈罕見病、基因大數據、核酸藥物、腦科學與腦機接口、智慧醫療、無創早期診斷、合成生物學技術和單細胞多組學等技術趨勢入選其中。

Flagship Pioneering高級合伙人Jason Pontin為這十大技術趨勢做了逐一解讀。

辰德資本合伙人趙瑞林在DeepTech2019生命科學論壇上分享了未來三到五年之內在生物醫療投資方面可能的熱點。他認為，AI+大數據的應用、癌癥早篩、基因治療、面向消費者的基因測序和手術機器人，將成為未來三到五年內投資的熱點。

復星凱特生物科技有限公司總裁王立群在會上發表演講，他表示中國在CAR-T治療產業化還面臨著很多挑戰，我們不用擔心太落后于國外太多，但也不要盲目認為我們是第一。

在圓桌討論環節中，普華永道資本市場合伙人楊方表示，中國是醫療數據大國，但是每個醫院用的系統不一定是一樣的，數據結構也是不一樣的，要把這些做成統一的結構化數據，需要花很多的時間和精力。但最終的前景肯定是光明的，但是在達到那條線之前還是要花很多的時間和精力。

同時，論壇還公布了10位“DeepTech 2019生命科學領域創新人物”。

附：2019生命科學領域十大技術趨勢：

1.CRISPR工具包（CRISPR/CasToolkit）

30多年前，科學家在細菌中發現規律間隔成簇短回文重復序列，并發現這種重復序列可讓細菌對病毒有免疫抗性。2001年，西班牙科學家Francisco Mojica正式將其命名為CRISPR，2012年兩位女科學家，來自加州大學伯克利分校的結構生物學家詹妮弗·杜德納（Jennifer Doudna）和瑞典于默奧大學的埃馬紐埃爾·卡彭蒂耶（Emmanuelle Charpentier）首次將CRISPR/Cas作為基因編輯系統應用。2013年，來自于哈佛大學醫學院的George Church、麻省理工學院博德研究所的張鋒以及加州大學舊金山分校系統及合成生物學中心的亓磊（目前就職于斯坦福大學），分別發表三篇文章，將CRISPR/Cas系統成功應用到哺乳動物細胞中。

CRISPR/Cas9的出現，引領了整個基因編輯領域爆炸式的發展，如今，眾多科學家進一步擴充了CRISPR/Cas基因技術，將其從單一的“基因剪刀”擴展成多功能的“基因工具包”，展示了基于不斷擴大的CRISPR/Cas系統令人興奮的應用前景。科學家們預測，CRISPR/Cas9基因編輯技術將改變我們生活的社會和周圍的生物。

2.免疫治療2.0（Immunotherapy2.0）

100多年前，美國紐約骨科醫生William Coley意外發現術后化膿性鏈球菌感染使肉瘤患者腫瘤消退，揭開了腫瘤免疫療法的序幕，William Coley也因此被譽為腫瘤免疫治療之父。

2018年，萬眾矚目的諾貝爾生理學或醫學獎頒給了美國科學James P. Allison和日本科學家Tasuku Honjo，他們為癌癥免疫治療做出了開拓性貢獻。如今，全球開展癌癥免疫治療的公司數量高達數百家，國內也有十幾款免疫治療產品申報了臨床試驗，相關研究成果戰報頻傳，朝著治愈癌癥的終極目標穩步邁進。

隨著基礎和臨床研究的不斷突破，我們對免疫療法的認識也在不斷加深，免疫療法的適應癥也在不斷拓展，從一開始的主要陣地白血病，到非霍奇金淋巴瘤、多發性骨髓瘤，再到自身免疫疾病，免疫療法進入了更加精準、聯合、廣譜的2.0時代。

3.治愈罕見病（Cure of Rare Diseases）

在沒有失誤或脫靶效應的情況下，通過基因編輯技術對突變基因進行修正，有望產生可預測的有益效果，甚至實現某些遺傳疾病的一次性治愈。回顧基因治療近20年的發展，直到近幾年我們才真正迎來基因療法時代，看到一次性治愈罕見病的希望。

基因治療（genetherapy）作為一種顛覆性的醫療技術，已經實現能夠將外源正常基因導入靶細胞，以糾正或補償缺陷和異常基因引起的疾病，從而達到治療先天性遺傳疾病的目的。如今，全球已有超過2500多個基因治療臨床試驗正在進行，基因療法也已經成為全球醫藥研發企業的必爭之地。

2018年年中，美國FDA宣布將繼續大力推進基因療法的開發，并發布6大新指南，為基因產品如何開發、監管機構審核和報銷建立了政策框架。同時也指出人類基因治療的熱門領域，包括血友病、視網膜疾病和罕見病。

2019年，針對多種罕見病的治療將進入臨床，基因治療在時隔近20年后，正式進入高速發展階段。越來越多的中小型基因治療創業公司破土而出，傳統制藥巨頭如輝瑞、諾華、葛蘭素史克也紛紛布局基因治療領域。在中國，一些涉足基因編輯的初創企業，以及一些基因治療項目有望在2019年進入臨床階段。

4.基因大數據（Gene Big Data）

2003年4月15日，由6國科學家共同參與的國際團隊宣布完成人類基因組圖譜。這個耗資30億美元，被譽為生命科學“登月計劃”的研究項目，為人類揭開自身奧秘奠定了堅實的基礎。人類基因組圖譜的繪就，已經成為人類探索自身奧秘史上的一個重要里程碑，也被很多分析家認為是生物技術世紀來臨的標志。

僅在十多年后，隨著技術的發展和成熟，完成全基因組測序的成本已經從當年的30億美元，逐漸降低到數十萬美元，數千美元甚至更低，市場上也出現了眾多面向大眾的消費級基因檢測產品。除了大家熟知的無創產前基因檢測、新生兒遺傳疾病篩查等應用之外，個體基因檢測還可以鎖定個人病變基因，實現提前預防和治療。

通過對個體的基因檢測，可實現對罹患多種疾病的預測，甚至對個體的行為特征提供更加深刻的見解。比如在個體基因檢測產品中，通過對個體樣本DNA數據的分析，能夠解讀出癌癥、代謝疾病、精神疾病等的風險，還能夠解讀出個體的藥物適應性、運動天賦、酒量等信息。隨著全世界數百萬甚至上千萬個體完成了個人基因組數據的解讀和分析，目前已經出現了一些基于DNA信息更加引人注目的新興技術，比如DNA刑偵、新藥預測，并在這些領域取得了革命性的進展。我們也已經迎來一個由DNA數據所帶來的革命性時代。

5.核酸藥物（Nucleic Acid Drugs）

在新藥研發領域，針對目標蛋白的靶向療法已經成為主流，針對DNA突變的基因療法也正如火如荼，而作為基因和蛋白質之間的橋梁，mRNA近年來正越來越受關注。除此之外，科學家們還發現在真核細胞中存在一種特有的基因沉默機制，它可以抵抗外來物質入侵、保護遺傳信息的穩定性、調節生物體的各種機能，也被稱為RNA干擾（RNAi）現象。

RNAi機制由Andrew Z. Fire和Craig C.Mello教授于1998年首次發現，在2002年被Science雜志評為十大科學成就之首，在2006年獲得諾貝爾生理學或醫學獎。RNAi的發現極大拓寬了人類藥物的來源和開發方向。如今，以siRNA（小干擾RNA）、miRNA（微小RNA）為主的寡核苷酸藥物，和以mRNA治療藥物、mRNA疫苗和CRISPRRNA為主的核糖核酸藥物，共同構成了核酸藥物。

大量研究表明，核酸及其降解物、衍生物具有良好的治療作用，我們也正迎來mRNA藥物、RNAi藥物等的全新時代。核酸藥理論上可以達到傳統藥物無法替代的效果，與小分子藥物一樣可以在細胞內發揮作用，甚至可以作用到細胞核并具有精確的靶向性，對于一些單基因疾病核酸藥物也非常有優勢。在全球精準醫療大時代下，不同基因差異或表達異常引起的疾病，理論上核酸藥都可對其進行個性化開發。

6.腦科學與腦機接口（Brain Science and Brain-computer Interface）

腦科學是人類理解自然界現象和人類本身的“最終疆域”，腦科學研究也被稱為“人類認識自然與自身的終極挑戰”。近年來，世界各國紛紛推出了各自的“腦計劃”，其目標可概括為：對各種腦功能神經基礎的解析；利用神經環路研究所獲得的新信息，發展有效診斷和治療腦疾病的新方法；開展腦科學所啟發的類腦研究，推動新一代人工智能技術的進步。

隨著腦成像、生物傳感、人機交互以及大數據等新技術不斷涌現，腦科學與類腦研究正日益成為世界各國爭相研究的重點科學領域之一。在“腦計劃”的推動下，“腦科學”領域也有望出現一些激動人心的應用，包括類腦計算系統、腦機接口和腦機融合的新模型，并有望推動腦疾病的診治、人工智能等領域的發展。

7.智慧醫療（Smart Medical Care）

在將來，醫療行業將融入更多人工智慧、傳感技術等高科技，使醫療服務走向真正意義的智能化，推動醫療事業的繁榮發展。人工智能已經在醫療領域發揮重要作用，比如醫學影像識別、生物技術、輔助診斷、藥物研發、營養學等領域，并將改變醫療手段甚至醫療模式。

到2025年，世界人工智能市場總值將達到1270億美元，其中醫療行業將占市場規模的1/5，醫療AI儼然將成為人工智能最為重要的運用場景之一。另一方面，數據作為人工智能的重要支撐，容納各類疾病特征、病例、指標數據的數據平臺，也成為智慧醫療建設發展的重點內容。新一代通訊技術的出現，物聯網芯片技術的發展，也推動了移動醫療設備的極大商用，尤其以運動、心律、睡眠等健康監測為主的各類智能裝置傳感器等醫療健康設備。

8.無創早期診斷（Non-Invasive Early Diagnosis）

近幾年在腫瘤診斷方向，隨著基因組測序技術的不斷發展，以外周血液中循環腫瘤DNA（ctDNA）為主要標志物的液體活檢，已經成為最具潛力的腫瘤早期精準診斷技術。

基于基因成像和測序方法的液體活檢，可以識別和監控較早期階段出現的腫瘤，人工智能以及基因大數據的應用，結合液體活檢為多數癌癥提供一種有效的早期篩查方法，為癌癥早期診斷、精準確定癌癥類型、預測癌癥擴散和預后管理提供線索。

9.合成生物學技術（Synthetic Biology Technology）

從本質上說，電腦是一個能通過一定算法處理信息的機器，電腦的電路回路越強大，就能進行越復雜的計算和算法。相似地，細胞通過基因工程改造也可以像一個迷你電腦一樣，回路越復雜，計算能力越強。

作為第三次生物技術革命，誕生于21世紀初的合成生物學，已經給人類社會生活帶來顛覆性的變化。人工設計的細胞將可在體內定時為患者輸送藥物；通過基因設計可以控制家蠶、蚊子等昆蟲的性別；基因編輯可以使育種速度成倍提升……這些都是合成生物學帶來的神奇改變。

近年來，伴隨CRISPR等基因組編輯技術的不斷革新，以及同樣快速發展的大數據、人工智能和機器人技術等，合成生物學的前景變得越來越明確，合成生物學的產業化發展迎來一個爆發期。

10.單細胞多組學（Single-cell Multiomics）

細胞是構成生命體的結構和功能的基本單位，不同類型的細胞形態迥異，功能也各不相同。即使是同類細胞間看似相同，相互間也存在著廣泛的細胞異質性。早期基于群體細胞分析所獲得的平均性數據，往往忽略了細胞個體間差異。

隨著細胞分離和新一代測序的發展，研究人員可以研究單個細胞的DNA、RNA、蛋白質和染色質，科學家們已經開始以單細胞分辨率組合多層信息，揭示單細胞基因組、轉錄組、甲基化、蛋白質組學等數據。

2009年，第一個單細胞轉錄組測序技術出現；2011年單細胞基因組測序技術出現；2013年單細胞全基因組DNA甲基化檢測技術出現。隨后，科學家在細胞分選技術、核酸擴增技術、信噪比提高方面等進行不斷優化和改進，也進一步開創了單細胞多組學不同層面的測序和分析技術。

單細胞多組學技術讓我們更清楚地識別特定細胞及其功能，并且能夠提供前所未有的臨床和科研大數據，幫助科學家們更準確、更深入地了解生物體的生理和病理機制，例如干細胞的分化、神經細胞的發育、癌細胞的病變機理、免疫細胞的功能等等，并為個體化精準醫療方案的制定提供了指導方向。

附：2019生命科學領域創新人物（按姓氏拼字首字母排序）

1.叢樂，麻省理工學院-哈佛大學布羅德研究所研究員

作為將CRISPR基因編輯技術帶到人類基因世界的創新科學家之一，叢樂首次使用CRISPR/Cas9系統作用于人類和鼠類細胞基因，并揭示了相關技術在基因治療，特別是心腦血管疾病和癌癥治療中的應用潛力。目前，叢樂專注于單細胞測序、基因組學及系統生物學的研究，并與基因編輯技術相結合來探究癌癥免疫學機理和針對癌癥免疫調控的療法開發。

2.韓璧丞，Brain Co公司與Brain Robotics公司創始人兼CEO

作為將腦機接口技術投入商業應用的創新企業家之一，韓璧丞在哈佛大學腦科學中心攻讀腦科學博士期間，創立了腦機接口技術公司Brain Co。他創立的為殘疾人制造智能假肢的半公益項目Brain Robotics，開發的產品可以幫助殘疾人通過意念控制假肢和手指，實現靈活運動。同時，Brain Co的團隊正在研發世界上第一款結合人工智能算法的腦信息處理芯片。

3.何霆，藝妙神州醫藥科技創始人兼CEO

作為致力于將CAR-T技術和基因細胞藥物應用于惡性腫瘤治療的創新企業家之一，何霆創立了北京藝妙神州醫藥科技有限公司。該公司的候選CAR-T新藥產品IM19已在早期臨床研究中表現出令人激動的療效，有望極大改善晚期血液腫瘤的治療現狀。

4.孔令杰，清華大學精密儀器系副教授

作為專注于神經成像領域的方法創新、系統設計和集成等多個方面的創新科學家之一，孔令杰設計研制了三維高速雙光子熒光顯微成像系統，發展了基于自適應光學的深層組織顯微系統，參與研發了全球首臺具備視頻幀率、厘米級視場、亞微米級分辨率的十億像素成像系統。孔令杰的研究從“認識腦”到“模擬腦”，不僅是未來中國“腦計劃”的重要技術支撐，更是腦科學與人工智能轉化之間的關鍵紐帶。

5.李騰，北京藍晶微生物科技有限公司創始人兼CEO

作為將合成生物學技術應用于對生命系統進行優化、開發新微生物產品以解決生態問題的創新企業家之一，李騰發現了一種在新疆艾丁湖的耐鹽耐堿細菌，大大降低了可降解生物塑料聚羥基脂肪酸酯（PHA）的生產成本。此外，其領導團隊開發了全新的數據管理系統Holog，提升了研發流程的數據化與自動化水平，建立了軟硬一體實驗室，極大提升了微生物合成的工程化水平。

6.亓磊，斯坦福大學生物工程學副教授

作為CRISPR基因編輯技術中國和歐盟專利的共同發明人之一，亓磊首次將基因魔剪CRISPR/Cas系統升級為基因編輯“瑞士軍刀”CRISPR-dCas，并以此為基礎拓展應用，先后發明了基于CRISPR的基因開關（CRISPRi/a），使在不引入突變的情況下精準開啟或關閉特定基因表達。亓磊發明的一系列CRISPR技術大大擴展了“基因工程”，進而改變了對“基因工程”的定義。

7.邵洋洋，中國科學院上海生命科學研究院植物生理生態研究所博士后

作為首次通過合成生物學“工程化”方法探索解析真核細胞染色體起源與進化的創新科學家之一，邵洋洋參與創建了世界首例單染色體的真核細胞，實現“人造生命”里程碑式的重大突破。邵洋洋的研究為探索高等生物染色體結構和功能的關系提供了新的思路，為研究端粒相關的衰老和癌癥提供了有用的模型。

8.王艷麗，中科院生物物理所研究員、中國科學院大學教授

作為在CRISPR/Cas機制研究領域接連取得重大突破的創新科學家之一，王艷麗研究工作主要集中在CRISPR/Cas系統的作用機理，以及RNA干擾（RNAinterference，RNA）相關蛋白的結構與功能研究。自2014年至2018年，王艷麗團隊不斷在以上研究領域取得重大突破，為CRISPR/Cas系統的機制闡明做出了原創性的突出貢獻。

9.謝丹，四川大學生物治療國家重點實驗室研究員

作為致力于開發高通量高解析度的單細胞多組學復合測序技術、利用單細胞測序技術研究腫瘤發生、開發和轉化無創液體活檢診斷技術的創新科學家之一，謝丹在多組學數據以及生物信息學研究領域，結合迅速發展的測序技術以及機器學習方法，系統地研究了多種基因調控機制和基因組間表觀遺傳譜的差異，揭示了基因調控導致性狀差異的分子層面機理，以及人體多組學和疾病之間的對應關系。

10.鄒昊，清影醫療創始人兼CEO

作為將“進階版”人工智能技術引進醫學領域、以小規模數據集訓練出高靈敏性、高穩定性醫療數據分析系統的創新企業家之一，清華“姚班”出身的鄒昊致力于開拓人工智能在醫療影像和大數據健康等領域的深度應用。其所創辦的清影醫療在短短一年多的成長過程中與多家中國頂級臨床醫院進行密切合作，成為初創企業中醫療產業與人工智能技術跨界交融的創新范例。

（來源：澎湃新聞）