在生命科學(xué)領(lǐng)域，2013年科學(xué)家們?nèi)〉昧梭@人的進(jìn)展。這一年，火透半邊天的新技術(shù)，迅速蔓延到世界各地的實(shí)驗(yàn)室，應(yīng)用于各種各樣的研究。

    無(wú)所不能的 CRISPR

    今年的明星技術(shù)無(wú)疑是 CRISPR （成簇的規(guī)律間隔短回文重復(fù)序列，Clustered regularly interspaced short palindromic repeats）。CRISPR 的應(yīng)用文章頻繁占據(jù)著各大雜志的版面。與 Cas9 酶結(jié)合起來(lái)的 CRISPR 技術(shù)，允許科學(xué)家們隨心所欲的編輯遺傳學(xué)代碼。就在幾年前，人們還只知道 CRISPR 在細(xì)菌和古生菌的免疫中起作用?，F(xiàn)在，它已經(jīng)作為簡(jiǎn)便的基因組編輯工具，幫助世界各地的研究者們解決實(shí)際問(wèn)題。Whitehead 研究所的創(chuàng)始人之一 Rudolf Jaenisch 表示：“這一新方法改變了游戲規(guī)則。” 通過(guò) CRISPR 技術(shù)，他和同事在一個(gè)月之內(nèi)就構(gòu)建了攜帶五個(gè)突變的基因工程小鼠。“傳統(tǒng)方法可能需要三到四年。”

    類(lèi)器官細(xì)胞團(tuán)

    2013 年人們成功培養(yǎng)出了多種類(lèi)器官細(xì)胞團(tuán)。今年 7 月，科學(xué)家們對(duì)人類(lèi)iPS 細(xì)胞進(jìn)行重編程，生成了三維肝芽。研究顯示，這種肝芽能夠正常代謝，當(dāng)其移植到老鼠體內(nèi)時(shí)，還能與小鼠的循環(huán)系統(tǒng)連接起來(lái)。8 月，科學(xué)家們利用多功能干細(xì)胞，培養(yǎng)出了類(lèi)似人類(lèi)胚胎大腦的三維組織團(tuán)，其中形成了大腦的一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)。 “這說(shuō)明人類(lèi)細(xì)胞具有超強(qiáng)的自我組織能力，”文章作者 Jürgen Knoblich 在接受采訪(fǎng)時(shí)說(shuō)。11 月，美國(guó)和西班牙的研究人員利用人類(lèi)干細(xì)胞，得到了功能性的腎臟前體細(xì)胞。也許在不久的將來(lái)，人們就可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的器官培養(yǎng)。Wisconsin 醫(yī)學(xué)院再生醫(yī)學(xué)中心的 Stephen Duncan 教授表示：“如果能夠利用 iPS 細(xì)胞生成真正有功能的器官，就可以隨時(shí)為個(gè)體提供遺傳學(xué)相符的替換零件。”

    充滿(mǎn)潛力的干細(xì)胞

    人們只要簡(jiǎn)單的操縱基因表達(dá)，就能將皮膚細(xì)胞重編程為多能干細(xì)胞。今年，研究者們進(jìn)一步改進(jìn)了這一技術(shù)，使其更快更好的為研究服務(wù)。就在幾個(gè)月前，以色列科學(xué)家克服了細(xì)胞重編程所面臨的最大問(wèn)題之一，低效率。Weizmann 科學(xué)研究所的 Jacob Hanna,通過(guò)失活一個(gè)抑制多能性的基因，獲得了幾乎完美的細(xì)胞重編程效率。而一般來(lái)說(shuō)，細(xì)胞重編程的效率還不到 1%.此外，研究者們還實(shí)現(xiàn)了非哺乳動(dòng)物的細(xì)胞重編程，包括鳥(niǎo)、魚(yú)和昆蟲(chóng)等。

    3D打印的廣泛使用
 

    從試管架、離心機(jī)到今晚的晚餐，3D 打印機(jī)能夠打印出任何東西?？茖W(xué)家們甚至利用這一技術(shù)，造出了微生物的“小世界”.今年 10 月，科學(xué)家們通過(guò) 3D 打印技術(shù)，得到了特制的明膠模具，將微生物分隔不同的小區(qū)域里。“這可以說(shuō)是懸浮著細(xì)菌的一種果凍，”Texas 大學(xué)的 Jason Shear 說(shuō)。研究顯示，雖然細(xì)菌固定在隔間里，但細(xì)胞發(fā)出的信號(hào)能夠在凝膠中傳遞。維也納科技大學(xué)的 Aleksandr Ovsianikov 評(píng)論道，3D 打印可以幫助人們構(gòu)建特殊模具，用于多種研究。

    光導(dǎo)水凝膠

    科學(xué)家們?cè)诩?xì)胞支架的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了嵌入光纖的水凝膠移植物。將這種水凝膠移植到小鼠體內(nèi)，允許人們用光指導(dǎo)細(xì)胞活性。研究人員利用受到光**的細(xì)胞，成功抑制了糖尿病小鼠的高血糖水平。這種水凝膠不僅能傳遞光，還能用來(lái)檢測(cè)細(xì)胞表達(dá)的熒光蛋白。哈佛大學(xué)的 Seok Hyun Yun 解釋道，他的團(tuán)隊(duì)實(shí)際上并沒(méi)有發(fā)明什么新東西，“我們將一些巧妙的技術(shù)融合在一個(gè)系統(tǒng)中，并且找到了讓這一系統(tǒng)在體內(nèi)起作用的方法。”這種技術(shù)無(wú)疑為細(xì)胞療法提供了新的可能性。不過(guò)，該技術(shù)顯然還需要進(jìn)一步的調(diào)整。這項(xiàng)研究中使用的HeLa細(xì)胞有致瘤作用，此外，人們也不確定移植所造成的影響。

    透明膠帶的妙用

    新澤西理工大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程師 Raquel Perez-Castillejos,巧妙利用透明膠帶實(shí)現(xiàn)了微觀的精密加工。以往，人們一般以用光蝕刻技術(shù)，打造可培養(yǎng)細(xì)胞的微流體設(shè)備。而 Perez-Castillejos 和同事發(fā)現(xiàn)，用透明膠帶和解剖刀也可以。研究團(tuán)隊(duì)將透明膠帶粘在載玻片上，在膠帶上切割出不同形狀，之后撕掉不需要的膠帶，玻片只留下指定形狀的膠帶。隨后，他們將以硅為基礎(chǔ)的聚合物澆注在載玻片上。等聚合物凝固后將其取下并翻轉(zhuǎn)，就可以培養(yǎng)細(xì)胞進(jìn)行微流體實(shí)驗(yàn)了。“我們總希望達(dá)到很高的精度，實(shí)際上有時(shí)候可能并不需要這么復(fù)雜，”Perez-Castillejos 說(shuō)。

    二代測(cè)序助力 IVF

    牛津大學(xué)的科學(xué)家們?cè)诙鷾y(cè)序的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出可用于 IVF 的檢測(cè)方案，幫助人們篩查染色體異常、基因突變和線(xiàn)粒體基因組突變。“二代測(cè)序提高了我們發(fā)現(xiàn)上述異常的能力，有助于識(shí)別和甄選最佳胚胎，”分子遺傳學(xué)家 Dagan Wells 說(shuō)。“這一技術(shù)有望大大提高 IVF 的成功率，降低流產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。”費(fèi)城的醫(yī)生已經(jīng)成功應(yīng)用了這一技術(shù)，接受篩查的試管嬰兒已于今年 5 月出生。

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