直击科技之巅！麻省理工科技评论评为的14大医疗领域突破科技（上）

《普林斯顿大学新技术开发评论》从2001年开始，每年都就会公布“10大打破技术开发”，即TR10（Technology Review 10），并预测其大规模实验官能的潜能，以及对生命体生活习惯和社就会的更为重要制约。

这些技术开发亦然了意味著21世纪新技术开发的的发展中间地带和并未来的发展同方向，集中所反映了近年21世纪新技术开发的发展的新特性和新趋势，将带入面向并未来的系统官能同方向。其中所许多技术开发早就走向市场需求，主导着新兴蓄积业技术开发的的发展，很大地推动了经济社就会的发展和新技术开发革新。

正如《普林斯顿大学新技术开发评论》主编JasonPontin所说，打破官能技术开发的并不一定并不简单，那就是必需给人们带来提高效率运用新技术开发的解决方案。有些技术开发是土木工程们多才多艺趣味的晶体；而有的则是有机体地质学家们对长时间困扰他们的原因所采取的诸多尝试的集大成者（比如剖面研修）。评选“10大打破技术开发”的目的某种程度是向人们展示新革新科研成果，同时也是为了强调是生命体的好在促生了这些革新技术开发。

因此脊柱网易（微信：vcbeat）将为你筛选从2012年~2016年的病理科技领域的新技术开发打破。由于技术开发格外迭极快，因此只梳理早先5年之内的。鉴于篇文章篇幅太长，将分为上下两篇，每篇概述七种技术开发。本文为上篇。这些技术开发是为无论如何而生，将就会很大地扩展生命体的潜能，也无论如何忽略21世纪的样貌，值得在并未来给予特别追捧。

单晶中空高通量的程序由此可知

它能读取极短的DNA非常简单版，这有助于解释DNA组的繁复周边

成熟收尾期：至少10年后

打破点：将脱氧核糖核酸DNA拉过蛋白中空，检验残基跨越时阻抗的微小忽略

普遍官能：DNA组高通量格外极快，格外便宜，格外易于，开启稳重保健后期

该科技领域主要与会者：Oxford Nanopore

纵观高通量技术开发的的发展历程，并未哪一个技术开发像单晶中空高通量那样慢热。1996年哥伦比亚所大学的Daniel Branton、加州所大学的Did Deamer及其助手，在澳大利亚各地区有机体俄罗斯科学院求是PNAS杂志上首次刊登指出有，可以用膜管道检验多核苷酸核酸。为了让单晶中空顺利未完成高通量的理念是并不直观的：让DNA残基一个个跨越单晶中空，同时极迅速检验每一个残基。和其他DNA高通量作法相比，它不必须用于荧光试剂来检验残基或敲除DNA分子结构或者扩增非常简单版，能极迅速找到DNA反转等情况。

2005年，Bayley、Gordon Sanghera和Spike Wilcocks始创的Oxford Nanopore母公司，验证了单晶中空高通量的商业技能。 该技术开发除此以外了一种作法，使DNA组高通量格外极快，格外便宜，并且足够易于，让精神科作为最常规的高通量作法，应运而生了人官能化病理的后期，不过生存率方面还有待进一步提高。

相比之下是2012年，Oxford Nanopore 母公司大受欢迎有了一种掌上单晶中空高通量仪MinION，易于载有也很便宜。它能读取极短的DNA非常简单版，这个平台的平均读长差不多在5kb左右，最长能降到20kb，这有助于解释DNA组的繁复周边。MinION还可以填充平板电神经的USB接口，在屏幕上推测数据集生成的过程。早先发表的系统官能推测MinION极其实用，能准确高通量小DNA组（比如微生物和微生物DNA组），区分亲属关系很近的微生物和患毒感染，读取生命体DNA组的繁复周边等。

来年，哥伦比亚所大学的车靖岳（Jingyue Ju）和哥伦比亚所大学的George Church客座教授共同开发了基于单晶中空的单分子结构边合成边高通量（SBS）系统会，对这一高通量技术开发顺利未完成升级，制作了高通量的单分子结构单晶中空高通量平台。但以外有机体地质学家正试图通过消除DNA核酸通过单晶中空反应速度的方式将进一步提高此项高通量的准确度，或许以外来看，该技术开发尚能不成熟收尾。

哥伦比亚所大学有官能有机体学家史蒂芬·帕特森

生命体也有一种相似一只猫等类动物的卵原生殖细胞内，或可成无尽的生殖缺少

成熟收尾期：受严厉批评

打破点：有用细胞内分选技术开发，从生殖细胞内提炼有了卵原生殖细胞内

普遍官能：在系统官能小组中所大量期许卵原生殖细胞内，疗程男士不孕不育，甚至延时生殖细胞早衰

该科技领域主要与会者：康涅狄格医院、OvaScience、Jonathan Tilly

哥伦比亚所大学有官能有机体学家史蒂芬·帕特森（Jonathan Tilly，同时在康涅狄格医院监督了一个有官能有机体学中所心）系统官能团队，证明了生命体也有一种相似一只猫等类动物的卵原生殖细胞内，或可成无尽的生殖缺少。因为对于一个男士来说，到了40岁自此，生殖的为数和质量就就会降低，“卵原生殖细胞内”的找到都未为疗程男士不孕不育，甚至延时生殖细胞早衰除此以外系统官能作法。

这些卵原生殖细胞内来自于孩童男士的生殖细胞，说明男士孩童后始终无论如何逐步形成取而代之生殖。如果能在系统官能小组中所大量期许这种卵原生殖细胞内，也意味着保健上拥有了无尽的生殖缺少。这一找到对男士生殖为数在出有生时就已被限定的基本上观念逐步形成终究。

帕特森团队曾在2004年首次证明，雌官能一只猫在转回孩童后还能持续制造出有肝细胞内。自此帕特森团队制造出有一个格外加有用的细胞内分选技术开发，并用于该技术开发从生殖细胞内提炼有了卵原生殖细胞内，给与的细胞内像一只猫卵原生殖细胞内一样，能集体行动逐步形成有着肝细胞内形态的细胞内，这些肝细胞内拥有生命体生殖细胞内肝细胞内的生物学相貌和表型表达出有来的系统。

帕特森问到，系统官能都未用于创建生命体卵原生殖细胞内库，最更为重要的是显然找到作法让卵原生殖细胞内在导管受精中所未成熟成熟收尾的生命体肝细胞内，以基础上导管受精的结果，并为不孕不育病除此以外新疗法。不过截止到以外，卵原生殖细胞内始终受到严厉批评，也并并未通过卵原生殖细胞内期许成任何男婴。

的办公室座落在波士顿的OvaScience正试图将帕特森的岗位实验官能。该母公司的联合行动创办者除此以外投资者基金家Christoph Westphal和哥伦比亚所大学抗衰老系统官能员Did Sinclair，他们始创了Sirtris Pharmaceuticals母公司，并于2008年以7.2亿美元的商品价格出有售给GlaxoSmithKline。OvaScience在2012年就募集了4300万美元，用于追求生殖细胞内的生育疗程和其他系统设计，以外母公司运营很好。

知觉重制，以外始终受到很多严厉批评

不甚远的一天，当比较严重知觉归因于的患人可以从电子元件激活物授予借此一号机会

成熟收尾期：尚能不成熟收尾

打破点：用于知觉数据集，信号被硅集成电容器转化成一个长时间知觉的方式将

普遍官能：为长时间知觉缺失患变做修缮官能的重制

该科技领域主要与会者：Theodore Berger

这个想法是如此大胆，所以恰好神经部有机体科学的本土化之外，西奥多·伯格（Theodore Berger）是这个餐饮业深思的探索者的主角。他是南南加州所大学的有机体病理土木工程和神经部有机体地质学家，他预想在不甚远的一天，当比较严重知觉归因于的患人可以从电子元件激活物授予借此一号机会。

对神经经受阿尔茨海默患，中所风或损伤的人中所，毁损的神经部元网易络往往防止长时间知觉逐步形成。二十多年来，Berger建筑设计了硅集成电容器，以三维这些神经部元在但会岗位时所做的信号管控，这项岗位必需我们在一分钟之内进去经验和知识。最终，Berger想要通过在神经中所激活这样的集成电容器来回复塑造长时间知觉的技能。

Berger通过电极与一只猫和猴子神经外部连接起来的硅集成电容器系统官能管控像实际神经部元的资讯，并且在神经部假体切除中所取得出乎意料。耳蜗激活物借此一号机会了；也过200,000盲人通过将声音转化为电信号，并将其邮寄到听觉神经部而见到。其他系统官能人员在盲人的人工视网易膜方面取得了中后期步出乎意料。

Berger还与USC的有机体病理土木工程Vasilis Marmarelis共同，开始制造神经假体。 他们首先用于来自一只猫的海马回切片。告诉他神经部元信号从海马的一端移动到另一端，系统官能人员邮寄随一号机脉冲到海马回，历史记录在各种目的地的信号，进去它们是如何微分，然后导出有描述微分的数学公式，并且他们在计算一号机集成电容器中所无论如何了这些公式。用于这些数据集，Berger和他的团队建模了信号被转化成一个长时间知觉的方式将。

尽管有波动，Berger和他的助手始终在规划生命体系统官能。 他还与他的所大学的病理精神科共同，测试用于激活海马回每侧的电极来检验和预防措施比较严重癫痫患变的癫痫头痛，甚至借此一号机会这些患变在神经中所寻找知觉。

早蓄积儿DNA检验早就的发展到无创早蓄积儿DNA检验（NIPT）收尾

以外早就可以通过体内外周血抽取胚胎诱导 DNA（cffDNA），顺利未完成肾结石患病

成熟收尾期：已成熟收尾

打破点：通过外管妹妹肾脏中所的胚胎DNA对DNA高通量

普遍官能：在胚胎出有生以前顺利未完成DNA检验，意味著多种DNA缺陷患

该科技领域主要与会者：Illumina、Verinata、Sequenom、Natera、Ariosa、LifeCodexx、卢煜明

提到早蓄积儿DNA高通量就不会不说Illumina和Verinata。2013年1年初7号，Illumina——这家21世纪上最普遍用于的DNA高通量仪的蓄积品以3.5亿美元收购了Verinata母公司。而Verinata不过是一家近乎还并未补贴的企业家母公司。格外有Illumina的是Verinata的先进技术开发：对并未出有生胚胎顺利未完成DNA高通量。这项技术开发可以通过外管妹妹肾脏中所的胚胎DNA而检验唐氏综合病。在以以前，唐氏综合病检验意味着要从胎盘或羊水中所赚取胚胎的细胞内，这些方式将都有着一定的无济于事危险官能。

为了让妹妹的肾脏可以赚取胚胎DNA组资讯，一些患变为了探究自己的表型官能患病或诸如乳癌等患病而接受DNA组高通量，但是到时生命体无须等到发患了才去做高通量，在出有生时就告诉他相关的资讯。根据中所国香港有机体地质学家卢煜明的系统官能，妹妹肾脏中所诱导的DNA中所有15%是来自于胚胎。

通过极迅速的DNA高通量技术开发，这些非常简单版可以趋向为大量的资讯，不过自此，Verinata的创办者、柏克莱加州大许多学有机体生物学学家Stephen Quake很极快找到，为了让妹妹肾脏中所的胚胎DNA除了可以肾结石染色体极度外，还可以对胚胎顺利未完成全DNA组高通量，这样就可以在胚胎出有生以前意味著抑郁病囊官能纤维化（cystic fibrosis）、β-地中所海免疫缺陷以及心理患病等危险官能。而且这项DNA检验成本高始终在降低。

以外，早就的发展到无创早蓄积儿DNA检验（NIPT）收尾，这项技术开发是通过体内外周血抽取胚胎诱导 DNA（cffDNA），顺利未完成肾结石如唐氏综合病，RhBL，合子极度，以及胚胎官能别，是高通量中所竞争最为针锋相对的科技领域。无创早蓄积儿DNA检验在世界各地，相比之下是在低补贴和中所等补贴各地区日渐受到重视。不过早蓄积儿检验让精神科面临的法律与伦理道德义务越来越格外加繁复，近日卫计委发布了汇报，无创早蓄积儿肾结石和病患试点年中后期作废，肾结石一号机构须要授予取而代之职业许可证书。可以决定是否对自己的DNA组顺利未完成高通量，而并未出有生的胚胎是不会对此问到意见的。这些资讯显然就会制约人的生平。甚至有人明确指出有除此以外检验的服务商，确实将其报告限制在20种左右最常见的比较严重患病中所。

剖面研修技术开发推动计算一号机向以前的发展的核心力量

为精神科除此以外可配有的循证疗程方案，早就无论如何借此一号机会精神科做出有格外好的议程

成熟收尾期：正试图用于

打破点：神经部网易络剖面研修搜索算法，使神经部网易络的技能进一步提高

普遍官能：试由此可知三维神经的岗位方式将，进一步提高医率，相比之下在疗程科技领域力由此可知无论如何精准疗程

该科技领域主要与会者：雅虎、雅虎、苹果、IBM、微软公司、Facebook、百度等

剖面研修是和计算一号机的的发展剖面相结合在独自的。其实，剖面研修并不是新生事物，它是基本上神经部网易络（Neural Network）的的发展。神经部网易络系统官能科技领域的领军者Hinton在2006年明确指出有了神经部网易络剖面研修搜索算法，使神经部网易络的技能进一步提高，向反对向量一号机放出有终究。Hinton和他的许多学生Salakhutdinov在顶尖学术期刊《Scince》上发表了一篇篇文章，开启了剖面研修的诗篇。

剖面研修的核心就是搜索算法，搜索算法数学作法也经历了一个极迅速给定的周期，Deep Belief Network、Sparse Coding、Recursive Neural Network, Convolutional Neural Network等各种取而代之搜索算法数学作法被不断明确指出有，而其中所卷积神经部网易络（Convolutional Neural Network，CNN）格外是成由此可知像标记最炙手可热的搜索算法数学作法。以外早就在话音标记、由此可知像标记等系统设计并不普遍。

在病理科技领域，以剖面研修为基础的计算一号机，从研修在珍贵的病理数据集中所标记繁复的系统的搜索算法，到为人官能化保健除此以外对现实21世纪证据的系统官能，先到找到与 DNA 相结合的RNA的核酸特异官能和怎样用其借此一号机会DNA组病患以及人官能化疗程，在病理核磁共振上可进一步提高分辨率、系统官能的广度和反应速度以及病患上带来了并不了不起的进步，甚至在抗生素开发和格外普遍的疗程干涉上推测出有了巨大的潜能。

相比之下是雅虎，早就成了格外有剖面研修和计算一号机专才的磁铁。2013 年 3 年初，雅虎收购了一家企业家大型企业，它的创办者是多伦多所大学的计算一号机有机体科学客座教授杰弗里·阿历山大——是赢得默克比赛的团队核心人物。阿历山大就会同时兼顾所大学和雅虎的岗位，他说原先“在这一科技领域中所明确指出有思路，然后把它们用在真正的原因上“，这些原因除此以外由此可知像标记、搜索，和抽象概念解释。

2012年6年初，雅虎展示了当年最大的神经部网易络之一，其中所拥有；也过10亿个连接起来。由柏克莱加州所大学计算一号机有机体科学客座教授吴恩达和雅虎系统官能员麦克·迪安带领的团队，给系统会展示了一千万张从YouTubu预告片中所随一号机选取的由此可知片。软件数学作法中所的一个三维神经部元专门标记猫的由此可知像，其他专注于面孔、黄色的花瓣，以及其他粒子。由于剖面研修的技能，即使没人都曾并不一定或标记过，系统会也标记了这些分立的对象。IBM的沃森在精准疗程科技领域，必需在几秒之内筛选数十年乳癌疗程历史中所的150万份患变历史记录，除此以外患历和患变疗程结果，并为精神科除此以外可配有的循证疗程方案，早就无论如何借此一号机会精神科做出有格外好的议程。

在2011年到2015年的五年时间，计算一号机科技领域的的母公司资金从2.82亿美元增长到2015年的23.88亿美元，而的母公司为数也从67起增长到397起。以雅虎、苹果、IBM、微软公司、Facebook为亦然的等餐饮业两大正试图通过的母公司顺利未完成新兴蓄积业布局。

CRISPR的岗位程序，革新官能地为了让RNA

通过DNA主笔载有定向突变的类动物会的技能，为有机体地质学家系统官能与表型相关的患病除此以外作法

成熟收尾期：转回到病患

打破点： 为了让DNA组工具借助于出有两只载有有特定DNA突变的猴子

普遍官能：为生命体患病系统官能除此以外了取而代之值得注意的工具

该科技领域主要与会者：桂林省灵长类有机体病理重点系统官能小组，Jennifer Doudna（加州所大学伯克利分校），张峰（普林斯顿大学学院），George Church（哥伦比亚所大学）

有机体地质学家们认为，CRISPR显然是自20世纪70年代有机体技术开发后期开启以来先次出有现的不可或缺的DNA工程技术开发。CRISPR系统会有着搜索和代替DNA的双重功用，可以让有机体科学们通过代替残基，平易近人的忽略DNA的功用。以外早就断定，为了让CRISPR可以疗程小鼠的四肢锐减、罕见肝患病，使生命体细胞内免疫HIV等惊人的功用。在资本市场需求上，都是千万美元分级的投资者。Emmanuelle Charpentier在欧洲始创了CRISPR Therapeutics。Jennifer Doudna之以前与张锋共同始创了Editas Medicine，离开Editas Medicine后她那时候始创了一家小母公司Caribou Biosciences。

CRISPR/Cas是在大多数微生物和古微生物中所找到的一种天然免疫系统会，只用来对抗征服的患毒感染及外源DNA。最先试验的是一对出有生在桂林科灵有机体新技术开发有限母公司（Kunming Biomedical International）和桂林类动物会有机体病理系统官能重点系统官能小组里雌官能兄弟恒河猴就让和玲玲。在体外受精后，有机体地质学家用了新型DNA工程技术开发CRISPR在受精卵中所主笔更改了3个DNA。标志着CRISPR可以在灵长动粒子内未完成靶向表型剪裁。在即使如此几年，CRISPR由加州所大学伯克利分校、哥伦比亚所大学、普林斯顿大学学院等一号机构的系统官能人员制造出有来。这项技术开发早就开始趋向有机体地质学家对表型工程的解释，因为它可以让他们有用并相对平易近人地忽略DNA组。

CRISPR可以有用并相对并不容易地，在染色体上的某个特定部位忽略DNA，理论上，这项技术开发可以在培养皿中所忽略任何有一号机体内类型的DNA，除此以外生命体细胞内。CRISPR与早期的DNA组主笔作法：锌指限制官能(ZFN)以及转录激活因子样effect物限制官能（TALEN）系统会相同。但是后两种作法都是为了让蛋 白质来定位靶核酸，这些RNA往往根本只能生成且成本高便宜。CRISPR为了让的是RNA，使得建筑设计它们越来越比较并不容易。

某个DNA变异的普遍官能往往并不明确，它很显然就会致患，也显然仅仅和某种患病间接相关，CRISPR可以借此一号机会系统官能人员找到确实能致患的突变。在根本谁该拥有CRISPR知识蓄积权原因上，虽然还有争议，人们毫无疑问是Charpentier和Doudna推动了CRISPR主笔的的发展，张峰则是通过断定它必需在真核细胞内中所起抑制作用揭示了它的巨大潜能，来自哈佛大学病理院的George Church分立断定了张锋的这一系统官能找到。

CRISPR并未来最有潜能的系统设计是，修缮生命体一个组织中所的DNA，可以疗程诸如肾病、罕见激素患病、亨廷顿氏患和精神分裂病等DNA患病。随着对CRISPR系统会重新认识的加深，实验建筑设计的最优化改造，相信其靶向效率就会进一步进一步提高，CRISPR以及其为基础技术开发终究就会带来一场有机体自然科学上的巨大变革。

明晰的神经核磁共振由此可知让神经部有机体地质学家格外非常简单熟悉地辨别神经构件

相当精细的神经核磁共振由此可知，第一次在细胞内程度上解读了生命体神经，为神经部有机体地质学家除此以外探究读其无穷繁复官能的指南

成熟收尾期：尚能并未完全成熟收尾

打破点：高分辨率，以20微米的繁复官能呈现出了生命体神经的构件

普遍官能：必需让神经部有机体地质学家格外非常简单熟悉地辨别神经构件，探究神经有所不同周边两者之间的相互抑制作用，神经构件及其一个人行为的控制

该科技领域主要与会者：Katrin Amunts（荷兰尤利希系统官能中所心），Alan Evans（多伦多神经部学系统官能所），Karl Deisseroth（柏克莱加州所大学）、明尼阿波利斯芝加哥所大学

人神经始终是个神秘地带，生命体也始终试由此可知探究人神经的全部，“欧洲人神经原先”（明确指出有在巨型计算一号机上一个人神经建模）、“澳大利亚神经原先”（要从多个线性赚取神经文艺活动数据集并对此建模）这些毫无疑问的原先，都在尝试创建一个普遍的神经文艺活动的由此可知片。

神经由此可知谱的早期岗位确实要归功于神经部解剖学家们，其中所最有名的确实是穆尔曼恩（Korbinian Brodmann）在20世纪中后期的岗位。在此之以前，关于神经的有所不同周边交由有所不同功用的观念早就随着颅相学的流行而式微，在布洛卡（Broca）等神经区的功用而给与强化。然而，穆尔曼恩追捧于神经区的细胞内充分利用，并未从3D空间来创建神经的数学作法。3D神经数学作法的先次出有现，得益于法国神经部解剖学家Jean Talairach，他在于1967年明确指出有一个3D的神经数学作法，与Tounoux 于1988年进一步系统化此神经数学作法。

以外最通用的C#，是加拿大多伦多神经部系统官能所（Montreal Neurological Institute，MNI）于90年亦然所创建的MNI续作C#。在最先的尝试中所，他们扫描了241个但会志愿者的神经构件，按照Talairach神经由此可知谱的方式将，用于引人注目的神经构件对每个受试者的神经顺利未完成校准，给与每个神经的AC-PC线和神经的外部外形。以外用于格外为普遍的是ICBM152C#，也是由MNI出有品，然而MNI305和ICBM152C#中所只能清楚地看到每个神经的构件。

在荷兰尤利希系统官能中所心与MNI共同未完成的“Bigbrain”项目中所，创建了第一个细胞内分级的；也高分辨率的神经3D数学作法：由7404个一个组织切片组成的，分辨率降到20微米，近乎有用到了分子结构分级。这个花了十年的地由此可知集，在；也级计算一号机的借此一号机会下将它们数字化切除在独自，；也明晰3D神经数学作法的创建，都未为现阶段神经部核磁共振除此以外一个格外加标准规范的神经由此可知谱，也为现阶段创建标准规范3D神经数学作法除此以外了取而代之途径。

明晰的神经核磁共振由此可知得益于技术开发的革新，比如荷兰尤利希系统官能中所心的Amunts正试图开发一种这样的技术开发，用于偏振光来重建神经一个组织中所的神经部纤维的三维构件。在柏克莱加州所大学的神经部有机体地质学家和有机体土木工程Karl Deisseroth的系统官能小组开发了一种名为Clarity的技术开发，必需有机体地质学家直接看到非常简单神经中所神经部元和电容器的构件。来年7年初，澳大利亚明尼阿波利斯芝加哥所大学的一个系统官能小组称，他们插图出有以外为止最全面、最有用的生命体神经由此可知谱，其中所97个生命体神经皮层周边此以前从并未描述过，属于首次公布。

（这段话所数据集缺少于网易上公开资料）