亞洲健康互聯
優化產業的推手,生醫商機的GPS!

首頁產業資訊生技報導生技產業哈佛大學韋斯生物啟發工程研究所-科學的下一個十年

哈佛大學韋斯生物啟發工程研究所-科學的下一個十年

來源 : 亞洲健康互聯海外中心
update : 2020/01/15

美國哈佛大學韋斯生物啟發工程研究所的成員,於13日發表「科學的下一個十年」,預測合成生物學、發育生物學、治療機器人、免疫材料、分子機器人、再生醫學以及3D器官工程等技術,將會是下一個十年最大的科學進展。

合成生物學
喬治·切西期待到2030年,科學家能將在高度編輯的豬移植器官,和經過重新編輯基因組中的蛋白質進行人體臨床試驗。他認為全基因組定序,可能成為罕見疾病昂貴基因治療的高品質、價格合理的替代品。而成像將進入特寫鏡頭(5 nm分辨率),每個像素都將講述DNARNA、蛋白質和譜系的故事。

吉姆·柯林斯則表示,合成生物學處於有利地位,可透過開發下一代診斷技術,以及基因和細胞療法,在未來十年內幫助醫學發展。該領域透過創造新穎的工具,來探測和分析活細胞中生物分子成分和系統的複雜功能,在增強分子生物學基礎研究方面也具有巨大的潛力。

Pam Silver預測,生物學工程將透過實施安全、更快速、更可預測的生物系統,在地球支持100億人口的能力中發揮關鍵作用。為了減輕氣候變化,合成生物學的進步,將包括增加對陽光的利用以及減輕環境污染。快速應對流行病並設計更好療法的能力,將是該領域的關鍵進步。而且,隨著解決地球上的問題,合成生物學也將在太空探索的未來中發揮作用。

發育生物學
邁克·萊文說道:「最大的知識鴻溝和機遇前沿,在於馴服構成胚胎發生和再生基礎的生物軟體。了解可再生細胞、先天缺陷、癌症重編輯、衰老、合成生物工程乃至新的AI的關鍵,是了解使細胞能夠向大規模目標協作的生物電性、生物力學和轉錄-迴路。能夠利用細胞群的決策、記憶和智能,將在認知科學、控制論、發展生物學和電腦科學等深層思想的交匯處,產生變革性的應用。」

治療機器人
尤金·戈德菲爾德預測在未來10年內,治療性機器人系統將不再被視為機器人。它們的零件和控制系統將基於分子,並具有類似於免疫系統的功能。在未來的幾十年中,人工合成的界限將繼續模糊,戈德菲爾德呼籲需要在道德領域給予更多的關注。

生物啟發的治療和診斷
唐·英格伯提及生物啟發性治療和診斷領域最激動人心的發展,將是藥物開發的新範例。它將幾種獨特的創新結合到一個更快、更便宜系統中,並且在臨床前和臨床試驗中,減少了對動物和人類的傷害。英格伯對於在體外分析臨床相關的人類生理,和病理生理反應的能力日益提高、基於模型的高通量篩選模型生物、新穎的分子動力學模擬功能,以及深度學習技術在解決特定臨床問題方面的廣泛應用感到特別興奮。

細胞作為藥物輸送
薩米爾·米特拉戈特里說:「未來十年的藥物輸送,將突出細胞作為“藥物”和“載體”的作用。與過去的藥物不同,細胞是獨特的,因為它們是生物體,能夠在人體中導航,並到達大多數傳統藥物無法到達的目的地。提供這些“活療法”的策略將需要新穎的方法,並將創造機會利用細胞作為載體,將藥物靶向難以到達的組織。他特別感興趣的是利用或控制免疫系統來治療癌症、自身免疫性疾病和過敏等的藥物。」他預測在接下來的十年中,基於免疫細胞和免疫干預的策略,將在藥物輸送研究和技術中扮演重要角色。

個體化診斷
大衛·沃爾特預測在接下來的十年,將開始實現個體化藥物和個性化健康所帶來的回報。他認為人類將轉向一個系統,該系統可以監控個人的關鍵生物標誌物,並在較早的時間將這些結果與自己的測量結果進行比較,而不是依靠不能反映人與人之間廣泛的生物學差異的人口平均值。

免疫材料
戴夫·穆尼預計未來十年,將引導人類患者證明免疫材料可以顯著改變各種疾病的進展。免疫材料將使醫生將免疫細胞集中在體內所需的位置,調節其活性,並在完成工作後將其分散。這些材料本身將溶解並降解,經治療後不會留在體內,但會產生免疫記憶,從而防止疾病復發。

分子機器人
施威廉·說:「生物分子科學領域的一項重大持續發展,是將大量單分子測量值編碼到DNA紀錄中,然後可以使用高通量DNA定序讀取這些紀錄。但是,即使是未來的定序技術,也將缺乏採樣這些紀錄一小部分的帶寬。另一方面,利用DNA構建的分子機器人,將能夠對大量的DNA紀錄進行計數和分類,然後將結果匯總為簡短的DNA報告,然後可以透過DNA定序或其他方式將其讀出。因此,他預測分子機器人將大大增加DNA紀錄應用程式的有效帶寬。

材料科學
戴夫·韋茨認為設計材料將越來越接近現實,科學家將學習如何使用各種製造方法,並以電腦輔助設計和組裝,在許多不同長度的尺度上構造新結構。材料的結構和功能都將得到確定和控制,如同精準醫學,只是用於材料設計和合成。

康復醫學
婁亞瓦德預測康復醫學在接下來的十年將有極大進展,原因是迄今為止,很少有醫學干預措施,能夠完全恢復神經運動損傷患者的損傷前運動模式。目前的康復範例旨在迅速實現獨立行走,但患者往往透過補償其損傷,而不是完全康復而變得獨立。在過去的十年中,運動診斷、神經刺激干預和可穿戴機器人技術取得了令人矚目的進步,以至於下一個十年有望實現真正的修復,而不僅僅是補償。

再生醫學
而在過去幾年成為顯學的再生醫學,正是艾略特·柴科夫預測在未來會持續並取得更大進展的項目。他表示,再生醫學採用修復、重建和置換,作為治療患有病變或受損器官或組織患者的策略。在接下來的十年中,修復能力可能會透過發現能夠逆轉「表觀時鐘」或消除、恢復衰老細胞的藥物,而得到顯著提高。重建手術將受益於基因改造的「現成」通用供體細胞,和改造後可用於任何患者的整個器官。柴科夫相信,透過使用人豬嵌合體將打破組織置換的障礙,首先是產生普遍相容的人類紅細胞進行輸血,然後是整個器官進行移植。”

3D器官工程
傑·帕克最後說道:「當我們開始將器官植入動物乃至患者體內時,我們將意識到的最重要事情之一,就是我們在基本解剖學和生理學方面的知識鴻溝。我們對器官的功能解剖學所知甚少,不足以充分模仿我們認為是自然界的解剖學,而且不幸的是,世界上幾乎沒有經過經典訓練的解剖學家或生理學家。為了成功地設計可植入器官,我們需要培養科學人才,來進行過去50多年或更長時間沒有做過的老式生理學實驗,以了解我們正在建造或需要建造的東西。」