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The Scientist:2013年度生命科学七大技术突破

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在生命科学领域,2013年科学家们取得了惊人的进展。这一年,火透半边天的新技术,迅速蔓延到世界各地的实验室,应用于各种各样的研究。无所不能的 CRISPR今年的明星技术无疑是 CRISPR (成簇的规律间隔短回文重


在生命科学领域,2013年科学家们取得了惊人的进展。这一年,火透半边天的新技术,迅速蔓延到世界各地的实验室,应用于各种各样的研究。

无所不能的 CRISPR

今年的明星技术无疑是 CRISPR (成簇的规律间隔短回文重复序列,Clustered regularly interspaced short palindromic repeats)。CRISPR 的应用文章频繁占据着各大杂志的版面。与 Cas9 酶结合起来的 CRISPR 技术,允许科学家们随心所欲的编辑遗传学代码。就在几年前,人们还只知道 CRISPR 在细菌和古生菌的免疫中起作用。现在,它已经作为简便的基因组编辑工具,帮助世界各地的研究者们解决实际问题。Whitehead 研究所的创始人之一 Rudolf Jaenisch 表示:“这一新方法改变了游戏规则。” 通过 CRISPR 技术,他和同事在一个月之内就构建了携带五个突变的基因工程小鼠。“传统方法可能需要三到四年。”


类器官细胞团

2013 年人们成功培养出了多种类器官细胞团。今年 7 月,科学家们对人类iPS 细胞进行重编程,生成了三维肝芽。研究显示,这种肝芽能够正常代谢,当其移植到老鼠体内时,还能与小鼠的循环系统连接起来。8 月,科学家们利用多功能干细胞,培养出了类似人类胚胎大脑的三维组织团,其中形成了大脑的一些复杂结构。 “这说明人类细胞具有超强的自我组织能力,”文章作者 Jürgen Knoblich 在接受采访时说。11 月,美国和西班牙的研究人员利用人类干细胞,得到了功能性的肾脏前体细胞。也许在不久的将来,人们就可以实现个性化的器官培养。Wisconsin 医学院再生医学中心的 Stephen Duncan 教授表示:“如果能够利用 iPS 细胞生成真正有功能的器官,就可以随时为个体提供遗传学相符的替换零件。”


 

人们只要简单的操纵基因表达,就能将皮肤细胞重编程为多能干细胞。今年,研究者们进一步改进了这一技术,使其更快更好的为研究服务。就在几个月前,以色列科学家克服了细胞重编程所面临的最大问题之一,低效率。Weizmann 科学研究所的 Jacob Hanna,通过失活一个抑制多能性的基因,获得了几乎完美的细胞重编程效率。而一般来说,细胞重编程的效率还不到 1%.此外,研究者们还实现了非哺乳动物的细胞重编程,包括鸟、鱼和昆虫等。


3D打印的广泛使用

从试管架、离心机到今晚的晚餐,3D 打印机能够打印出任何东西。科学家们甚至利用这一技术,造出了微生物的“小世界”.今年 10 月,科学家们通过 3D 打印技术,得到了特制的明胶模具,将微生物分隔不同的小区域里。“这可以说是悬浮着细菌的一种果冻,”Texas 大学的 Jason Shear 说。研究显示,虽然细菌固定在隔间里,但细胞发出的信号能够在凝胶中传递。维也纳科技大学的 Aleksandr Ovsianikov 评论道,3D 打印可以帮助人们构建特殊模具,用于多种研究。


光导水凝胶

科学家们在细胞支架的基础上,开发了嵌入光纤的水凝胶移植物。将这种水凝胶移植到小鼠体内,允许人们用光指导细胞活性。研究人员利用受到光刺激的细胞,成功抑制了糖尿病小鼠的高血糖水平。这种水凝胶不仅能传递光,还能用来检测细胞表达的荧光蛋白。哈佛大学的 Seok Hyun Yun 解释道,他的团队实际上并没有发明什么新东西,“我们将一些巧妙的技术融合在一个系统中,并且找到了让这一系统在体内起作用的方法。”这种技术无疑为细胞疗法提供了新的可能性。不过,该技术显然还需要进一步的调整。这项研究中使用的HeLa细胞有致瘤作用,此外,人们也不确定移植所造成的影响。


透明胶带的妙用

新泽西理工大学的生物医学工程师 Raquel Perez-Castillejos,巧妙利用透明胶带实现了微观的精密加工。以往,人们一般以用光蚀刻技术,打造可培养细胞的微流体设备。而 Perez-Castillejos 和同事发现,用透明胶带和解剖刀也可以。研究团队将透明胶带粘在载玻片上,在胶带上切割出不同形状,之后撕掉不需要的胶带,玻片只留下指定形状的胶带。随后,他们将以硅为基础的聚合物浇注在载玻片上。等聚合物凝固后将其取下并翻转,就可以培养细胞进行微流体实验了。“我们总希望达到很高的精度,实际上有时候可能并不需要这么复杂,”Perez-Castillejos 说。


二代测序助力 IVF

牛津大学的科学家们在二代测序的基础上,开发出可用于 IVF 的检测方案,帮助人们筛查染色体异常、基因突变和线粒体基因组突变。“二代测序提高了我们发现上述异常的能力,有助于识别和甄选最佳胚胎,”分子遗传学家 Dagan Wells 说。“这一技术有望大大提高 IVF 的成功率,降低流产风险。”费城的医生已经成功应用了这一技术,接受筛查的试管婴儿已于今年 5 月出生。

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