直击科技领域之巅！麻省理工科技领域评论评选的14大医疗领域突破科技领域（上）

《麻省理工生物技术卫报》从2001年开始，每年都会揭晓“10大超越系统对内部设计”，即TR10（Technology Review 10），并预测其大规模商业化的潜质，以及对本能孤独和全都球化的不小影响。

这些系统对内部设计代表人了当在此之前世界生物技术的转型在此之前沿和未能来转型正向，集中会反映了近年来世界生物技术转型的原先特点和原先趋势，将带进面向未能来的数据分析正向。其中会许多系统对内部设计不太不太可能走向市场，主导着产业系统对内部设计的转型，不小地推广了经济全都球化转型和生物技术创原先。

正如《麻省理工生物技术卫报》主编JasonPontin所说，近期系统对内部设计的并不一定更加简单，那就是只能给人们带来除此以外运用生物技术的系统设计。有些系统对内部设计是总工程师们天才创意的混合物；而有的则是化学家们对仍然小儿痛他们的难题所采取的诸多尝试的集大成者（比如深达研习）。评单单“10大超越系统对内部设计”的目的不某种程度是向人们展现原先创原先全都面性，同时也是为了突显是本能的聪明才智促生了这些创原先系统对内部设计。

因此动脉网（微信：vcbeat）将为你筛选从2012年~2016年的小儿理学行业的生物技术超越。由于系统对内部设计愈来愈迭迟，因此只梳理最近5年仅只的。鉴于发表文章篇幅太长，将划分上下两篇，每篇介绍七种系统对内部设计。本文为上篇。这些系统对内部设计是为解决难题而生，将会不小地扩展本能的潜能，也不太不太可能彻底改变世界的风貌，值得在未能来给予特别追捧。

固态下端原子生物学的示意图

它能读取较窄的性状物质视频，这有助于解读性状物质组的适合于地区

球根：大概10年后

超越点：将单链DNA拉过蛋壳白下端，侦测碱基横穿时电导的表面彻底改变

比较重要：性状物质组原子生物学愈来愈迟，愈来愈低价，愈来愈便利，打开个性诊疗时代

该行业主要组织者：Oxford Nanopore

纵观原子生物学系统对内部设计的转型历程，没哪一个系统对内部设计像固态下端原子生物学那样慢热。1996年哈佛的Daniel Branton、加州学院的David Deamer及其同僚，在美国政府国家科学院院刊PNAS杂志上首次发表发表文章指单单，可以用膜通道侦测多核苷酸序列。借助于固态下端来进行原子生物学的理念是更加准确的：让DNA碱基一个个横穿固态下端，同时迟速比对每一个碱基。和其他DNA原子生物学方法相比，它不需要用到荧光催化剂来比对碱基或敲除DNA原子或者扩增视频，能迟速推测性状物质易位等情况。

2005年，Bayley、Gordon Sanghera和Spike Wilcocks创始的Oxford Nanopore美国政府公司，解析了固态下端原子生物学的商业并能。 该系统对内部设计备有了一种方法，使性状物质组原子生物学愈来愈迟，愈来愈低价，并且足够便利，让外科医生作为最同样的原子生物学方法，发端了全都方位小儿理学的时代，不过对照组特别还有待降低。

尤为是2012年，Oxford Nanopore 美国政府公司推单单了一种掌上固态下端原子生物学仪MinION，便利携带也很低价。它能读取较窄的性状物质视频，这个平台的平均读长大约在5kb左右，最久能达到20kb，这有助于解读性状物质组的适合于地区。MinION还可以填充笔记本电脑的USB接口，在图标上推测数据转化的现实生活。最近发表的数据分析推测MinION相当实用，能准确原子生物学小性状物质组（比如微生物和酵母性状物质组），区分亲缘关系很近的微生物和小儿毒，读取本能性状物质组的适合于地区等。

同年份，加州学院伯克利分校的车靖岳（Jingyue Ju）和哈佛的George Church副教授合作开发开发了基于固态下端的单原子边合成边原子生物学（SBS）系统对，对这一原子生物学系统对内部设计来进行升级，打造了高通量的单原子固态下端原子生物学平台。但现在化学家早就通过加快DNA序列通过固态下端速度的作法降低此项原子生物学的精准度，毕竟现在来看，该系统对内部设计尚不茁壮。

哈佛生殖细胞内卵微生物学家乔纳森·布洛克

本能也有一种类似狗等两栖动物的卵原肿瘤，或可成为无尽的卵细胞内可能

球根：备受回应

超越点：准确细胞内分选系统对内部设计，从幼儿**内内辨认单单了卵原肿瘤

比较重要：在研究室中会大量专才卵原肿瘤，疗程异性恋不孕不育，甚至星期延迟**内早衰

该行业主要组织者：新泽西荣民总医院、OvaScience、Jonathan Tilly

哈佛生殖细胞内卵微生物学家乔纳森·布洛克（Jonathan Tilly，同时在新泽西荣民总医院指导了一个生殖细胞内卵生物学中会心）数据分析岗位团队，得单单结论本能也有一种类似狗等两栖动物的卵原肿瘤，或可成为无尽的卵细胞内可能。因为对于一个异性恋来说，到了40岁之后，卵细胞内的总数和低质量就会降低，“卵原肿瘤”的推测下半年为疗程异性恋不孕不育，甚至星期延迟**内早衰备有原先方法。

这些卵原肿瘤来自于成体异性恋的**内，指明异性恋成体后即便如此不太不太可能形成原先的卵细胞内。如果能在研究室中会大量专才这种卵原肿瘤，也并不一定诊疗上保有了无尽的卵细胞内可能。这一推测对异性恋卵细胞内总数在生于时就已被仅限的传统观点形成面对。

布洛克岗位团队曾在2004年首次证明，雌性狗在重回成体后还能持续装配单单卵子。后来布洛克岗位团队开发单单一个愈来愈加准确的细胞内分选系统对内部设计，并用到该系统对内部设计从幼儿**内内辨认单单了卵原肿瘤，得到的细胞内像狗卵原肿瘤一样，能民间组织形成很强卵子特性的细胞内，这些卵子保有本能**内内卵子的物理均表和性状表达方式而。

布洛克回应，数据分析下半年用于组织起来本能卵原肿瘤坎，最关键的是不太可能找到方法让卵原肿瘤在吸管生殖细胞内中会发育成茁壮的本能卵子，以革新吸管生殖细胞内的结果，并为不孕不育症备有原先疗法。不过截止到现在，卵原肿瘤即便如此备受到回应，也并没通过卵原肿瘤专才成任何原先生儿。

总指甲于马萨诸塞州的OvaScience早就将布洛克的岗位商业化。该美国政府公司的联合创始人还包括风险注资家Christoph Westphal和哈佛可抑制数据分析员David Sinclair，他们创始了Sirtris Pharmaceuticals美国政府公司，并于2008年以7.2亿美元的价格转手给GlaxoSmithKline。OvaScience在2012年就募集了4300万美元，用于执着肿瘤的生育疗程和其他应用领域，现在美国政府公司开始运行良好。

清醒Dreamcast，现在即便如此备受到很多回应

不一段距离的一天，当轻微清醒归因于的小儿人可以从带电粒子植入物获得借助

球根：尚不茁壮

超越点：用到清醒数据，接收机被硅闪存变换成为一个仍然清醒的作法

比较重要：为仍然清醒缺失患儿认真复建性的Dreamcast

该行业主要组织者：Theodore Berger

这个设想是如此大胆，所以同在神经细胞内科学的主流之均，西奥多·格林（Theodore Berger）是这个大型企业有远见的先驱者的女角。他是南加州学院洛杉矶分校的生物小儿理学总工程师和神经细胞内化学家，他设想在不一段距离的一天，当轻微清醒归因于的小儿人可以从带电粒子植入物获得借助。

对脑遭备受阿尔茨海默小儿，中会风或损坏的人中会，损害的神经细胞内元网络一般来说避免仍然清醒形成。二十多年来，Berger内部设计了硅闪存，以仿真这些神经细胞内元在但会岗位时所认真的接收机处理，这项岗位必需我们在一分钟仅只记住潜能和科学。最终，Berger想通过在脑中会植入这样的闪存来恢复体现仍然清醒的并能。

Berger通过电极与狗和狗脑均部联接的硅闪存数据分析处理像实际神经细胞内元的数据，并且在神经细胞内磁共振手术中会争得成功。耳蜗植入物借助了激过200,000年青人通过将声音变换为电接收机，并将其传送到大脑神经细胞内而传来。其他数据分析岗位人员在盲人的人工视网膜特别争得了后期步成功。

Berger还与USC的生物小儿理学总工程师Vasilis Marmarelis合作开发，开始装配脑磁共振。 他们首先用到来自狗的海马回切片。是否是神经细胞内元接收机从海马的一端移动到另一端，数据分析岗位人员传送随机正弦波到海马回，记事在各种附近的接收机，看看它们是如何正弦，然后导单单说明了正弦的数学分析方程，并且他们在计算机闪存中会实现了这些方程。用到这些数据，Berger和他的岗位团队建模了接收机被变换成为一个仍然清醒的作法。

尽管有不确定性，Berger和他的同僚仍然在规划本能数据分析。 他还与他的学院的病理外科医生合作开发，测试用到植入海马回每侧的电极来侦测和预防轻微高血压患儿的高血压发作，甚至借助这些患儿在脑中会寻找清醒。

增重DNA侦测不太不太可能转型到无创增重性状物质侦测（NIPT）下一阶段

现在不太不太可能可以通过人体内均周血提炼出孕妇可溶 DNA（cffDNA），来进行肾结石乳腺癌

球根：已茁壮

超越点：通过一小管祖母血浆中会的孕妇DNA对性状物质原子生物学

比较重要：在孕妇生于在此之前来进行性状物质侦测，忽略多种性状物质缺陷小儿

该行业主要组织者：Illumina、Verinata、Sequenom、Natera、Ariosa、LifeCodexx、卢煜明

提到增重DNA原子生物学就很难不说Illumina和Verinata。2013年1同年7号，Illumina——这家世界上最相当多用到的DNA原子生物学仪的生产商以3.5亿美元买入了Verinata美国政府公司。而Verinata不过是服装店几乎还没收入的创业美国政府公司。更有Illumina的是Verinata的先进系统对内部设计：对未能生于孕妇来进行DNA原子生物学。这项系统对内部设计可以通过一小管祖母血浆中会的孕妇DNA而侦测陈氏综合症。在从在此之前，陈氏综合症侦测并不一定要从卵子或腹腔中会给予孕妇的细胞内，这些作法都很强一定的流产风险。

借助于祖母的血浆可以给予孕妇性状物质组数据，一些患儿为了了解自己的性状性乳腺癌或诸如乳腺癌等乳腺癌而接备受性状物质组原子生物学，但是将来本能无需等到发作了才去认真原子生物学，在生于时就是否是特别的数据。根据中会国香港化学家卢煜明的数据分析，祖母血浆中会可溶的DNA中会有15%是来自于孕妇。

通过迟速的DNA原子生物学系统对内部设计，这些视频可以演变为大量的数据，不过后来，Verinata的创始人、康奈尔大学生物物理学家Stephen Quake很迟推测，借助于祖母血浆中会的孕妇DNA除了可以肾结石子代异常均，还可以对孕妇来进行全都性状物质组原子生物学，这样就可以在孕妇生于在此之前忽略患有囊性纤维化（cystic fibrosis）、β-地中会海贫血症以及强迫症等风险。而且这项性状物质侦测成本仍然在降低。

现在，不太不太可能转型到无创增重性状物质侦测（NIPT）下一阶段，这项系统对内部设计是通过人体内均周血提炼出孕妇可溶 DNA（cffDNA），来进行肾结石如陈氏综合征，Rh血型，性子代异常，以及孕妇同性恋，是原子生物学中会竞争最为激烈的行业。无创增重性状物质侦测在当今世界，尤为是在低收入和中会等收入国家慢慢地普及。不过增重侦测让外科医生接踵而来的司法与道德上义务变得愈来愈加适合于，近日卫王国珍释出了通报，无创增重肾结石和小儿患示范正式叫停，肾结石机构须要获得原先的足球员许可证书。幼儿可以决定不太可能对自己的性状物质组来进行原子生物学，而未能生于的孕妇是很难异议回应意愿的。这些数据不太有可能影响人的一生。甚至有人设想备有侦测的服务商，应当将其报告限制在20种左右最常见的轻微乳腺癌中会。

深达研习系统对内部设计推广人脑朝著转型的核心勇气

为外科医生备有可可选择的循证疗程方案，不太不太可能实现借助外科医生认真单单愈来愈好的权衡

球根：早就用到

超越点：神经细胞内网络深达研习插值，使神经细胞内网络的并能大大降低

比较重要：设法仿真脑的岗位作法，降低诊疗效率，尤为在肿瘤疗程行业以图实现精准疗程

该行业主要组织者：百度、百度、苹果、IBM、苹果电脑、Facebook、百度等

深达研习是和人脑的转型深达融合在一齐的。其实，深达研习并不是原先生事物，它是传统神经细胞内网络（Neural Network）的转型。神经细胞内网络数据分析行业的领军者Hinton在2006年设想了神经细胞内网络深达研习插值，使神经细胞内网络的并能大大降低，向支持者向量机发单单面对。Hinton和他的学生Salakhutdinov在顶尖学术刊物《Scince》上发表了一篇发表文章，打开了深达研习的段落。

深达研习的核心就是插值，插值基本概念也经历了一个迟速迭代的周期，Deep Belief Network、Sparse Coding、Recursive Neural Network, Convolutional Neural Network等各种原先的插值基本概念被不断设想，而其中会本站性神经细胞内网络（Convolutional Neural Network，CNN）愈来愈是成为图像辨别最宠儿的插值基本概念。现在不太不太可能在口语辨别、图像辨别等应用领域更加相当多。

在小儿理学行业，以深达研习为基础的人脑，从研习在丰富的小儿理学数据中会辨别适合于方式而的插值，到为全都方位诊疗备有对现实世界证据的分析，再到推测与 DNA 融合的胺基酸的序列特异性和怎样用其尽力性状物质组小儿患以及全都方位疗程，在小儿理学成像上可降低像素、分析的广度和速度以及小儿患上带来了更加了不起的飞跃，甚至在药物开发和愈来愈相当多的疗程干预上推测单单了巨大的潜质。

尤为是百度，不太不太可能成了更有深达研习和人脑人才的磁铁。2013 年 3 同年，百度买入了服装店创业企业，它的创始人是多伦多学院的麻省理工学院副教授赫伯特·加德纳——是夺下默克热身赛的岗位团队成员。加德纳会同时兼顾学院和百度的岗位，他说计划“在这一行业中会设想构想，然后把它们用在或许的难题上“，这些难题还包括图像辨别、搜索，和抽象概念解读。

2012年6同年，百度展现了当时最大的神经细胞内网络之一，其中会保有激过10亿个联接。由康奈尔大学麻省理工学院副教授吴恩达和百度数据分析员哈里斯·迪安带领的岗位团队，给系统对展现了一千万张从YouTubu影片中会随机选择的幻灯片。软件基本概念中会的一个仿真神经细胞内元专门从事辨别猫的图像，其他专注于人脸、黄色的果实，以及其他物体。由于深达研习的并能，即使没人以前并不一定或记号过，系统对也辨别了这些独立的取向。IBM的沃森在肿瘤精准疗程行业，只能在几秒仅只筛选数十年乳腺癌疗程历史中会的150万份患儿记事，还包括疑为和患儿疗程结果，并为外科医生备有可可选择的循证疗程方案，不太不太可能实现借助外科医生认真单单愈来愈好的权衡。

在2011年到2015年的五年星期，人脑行业的该公司资金从2.82亿美元上升到2015年的23.88亿美元，而该公司总数也从67起上升到397起。以百度、苹果、IBM、苹果电脑、Facebook为代表人的等大型企业巨头早就通过该公司来进行产业布局。

CRISPR的岗位流程，创原先性地借助于RNA

通过性状物质编者携带定向性状物质突变的脊椎动物两栖动物的并能，为化学家数据分析与性状特别的乳腺癌备有方法

球根：重回到小儿患

超越点： 借助于性状物质组工具构筑单单两只携带有特定性状物质性状物质突变的狗

比较重要：为本能乳腺癌数据分析备有了原先的有价值的工具

该行业主要组织者：云南省脊椎动物生物小儿理学中长期研究室，Jennifer Doudna（加州学院伯克利分校），张峰（康奈尔大学），George Church（哈佛）

化学家们认为，CRISPR不太可能是自20世纪70年**物系统对内部设计时代打开以来单单现的最重要的性状物质工程系统对内部设计。CRISPR系统对很强搜索和取而代之DNA的双重系统，可以让科学们通过取而代之碱基，总能的彻底改变DNA的系统。现在不太不太可能声称，借助于CRISPR可以疗程大鼠的关节萎缩、鲜见肝脏乳腺癌，使本能细胞内免疫HIV等惊人的系统。在外汇市场上，都是千万美元级别的注资。Emmanuelle Charpentier在欧洲创始了CRISPR Therapeutics。Jennifer Doudna之在此之前与张锋系由创始了Editas Medicine，离开Editas Medicine后她现在创始了服装店小美国政府公司Caribou Biosciences。

CRISPR/Cas是在大多数微生物和古微生物中会推测的一种天然免疫系统对，只用来压制发动战争的小儿毒及均源DNA。率先试验的是一对生于在昆明科灵生物生物技术有限美国政府公司（Kunming Biomedical International）和云南脊椎动物两栖动物生物小儿理学数据分析中长期研究室里雌性姐弟恒河猴明明和恰巧。在体均生殖细胞内后，化学家用了原先型DNA工程系统对内部设计CRISPR在生殖细胞内卵中会编者修改了3个性状物质。至此CRISPR可以在灵长两栖动物体内未能完成靶向性状修饰。在现在几年，CRISPR由加州学院伯克利分校、哈佛、康奈尔大学等机构的数据分析岗位人员开发单单来。这项系统对内部设计不太不太可能开始演变化学家对性状工程的解读，因为它可以让他们准确并相对总能地彻底改变性状物质组。

CRISPR可以准确并相对难以地，在子代上的某个特定指甲彻底改变DNA，意味著，这项系统对内部设计可以在培养皿中会彻底改变任何微生物类型的性状物质，还包括本能细胞内。CRISPR与早期的性状物质组编者方法：锌指核酸(ZFN)以及转录激活因子样effect物核酸（TALEN）系统对相似。但是后两种方法都是借助于蛋壳 白质来有别于靶序列，这些胺基酸一般来说很难转化且成本高昂。CRISPR借助于的是RNA，使得内部设计它们变得较为难以。

某个性状物质变异的比较重要一般来说并不明确，它很不太有可能细菌感染，也不太可能某种程度和某种乳腺癌间接特别，CRISPR可以借助数据分析岗位人员找到不太可能能细菌感染的性状物质突变。在是否是谁该保有CRISPR专利难题上，虽然还有争议性，人们认作是Charpentier和Doudna推广了CRISPR编者的转型，张峰则是通过声称它只能在真核细胞内中会起作用概述了它的巨大潜质，来自哈佛小儿理学院的George Church独立声称了张锋的这一数据分析推测。

CRISPR未能来最有潜质的应用领域是，复建本能民间组织中会的性状物质，可以疗程诸如血友小儿、鲜见代谢乳腺癌、亨廷顿氏小儿和精神障碍等性状物质乳腺癌。随着对CRISPR系统对认识的随之而来，实验内部设计的优化改造，相信其靶向效率会必要性降低，CRISPR以及其都是以系统对内部设计再也不能带来接连不断科学史上的巨大变革。

准确的脑成像图让神经细胞内化学家愈来愈完整深入地仔细观察脑在结构上

极为精细的脑成像图，第一次在细胞内高度上解构了本能脑，为神经细胞内化学家备有了解读其无穷适合于性的指南

球根：尚未能完全都茁壮

超越点：实时，以20微米的大尺度展现了本能脑的在结构上

比较重要：只能让神经细胞内化学家愈来愈完整深入地仔细观察脑在结构上，了解脑有所不同地区之间的耦合，脑在结构上及其对人行为的操纵

该行业主要组织者：Katrin Amunts（奥地利尤利希数据分析中会心），Alan Evans（温哥华神经细胞内学数据分析所），Karl Deisseroth（康奈尔大学）、圣路易斯华盛顿学院

人脑仍然是个神秘地区内，本能也仍然设法了解人脑的全都部，“欧洲人脑计划”（设想在巨型计算机上对人脑建模）、“美国政府脑计划”（要从多个维度给予脑活动数据并异议建模）这些雄心勃勃的计划，都在尝试创始人一个相当多的脑活动的幻灯片。

脑研究成果的早期岗位应当要归功于神经细胞内解剖学家们，其中会最有名的应当是贝特西蒙（Korbinian Brodmann）在20世纪后期的岗位。在此之在此之前，关于脑的有所不同地区负责有所不同系统的观点不太不太可能随着颅相学的普及而勃兴，在布洛卡（Broca）等大脑的系统而得到强化。然而，贝特西蒙追捧于大脑的细胞内构筑，未能从3D空间来组织起来脑的基本概念。3D脑基本概念的单单现，充分借助于法国神经细胞内解剖学家Jean Talairach，他在于1967年设想一个3D的脑基本概念，与Tounoux 于1988年必要性完善此脑基本概念。

现在最标准化的codice_，是和澳洲温哥华神经细胞内数据分析所（Montreal Neurological Institute，MNI）于90年代表人所组织起来的MNI系列codice_。在最早的尝试中会，他们成像了241个但会义工的脑在结构上，按照Talairach脑研究成果的作法，用到别具特色的脑在结构上对每个备受试者的脑来进行基准，得到每个脑的AC-PC本站和脑的均部圆形。现在用到愈来愈为相当多的是ICBM152codice_，也是由MNI单单品，然而MNI305和ICBM152codice_中会无法清楚地碰到每个脑的在结构上。

在奥地利尤利希数据分析中会心与MNI系由未能完成的“Bigbrain”建设项目中会，组织起来了第一个细胞内级别的激实时的脑3D基本概念：由7404个民间组织切片组成的，像素达到20微米，几乎准确到了原子级别。这个花了十年的地图集，在GW的借助下将它们数字化切开在一齐，激准确3D脑基本概念的组织起来，下半年为将来神经细胞内成像备有一个愈来愈加标准的脑研究成果，也为将来组织起来标准3D脑基本概念备有了原先的间接地。

准确的脑成像图充分借助于系统对内部设计的创原先，比如奥地利尤利希数据分析中会心的Amunts早就开发一种这样的系统对内部设计，用到偏振光来重建脑民间组织中会的神经细胞内纤维的可视化在结构上。在康奈尔大学的神经细胞内化学家和生物总工程师Karl Deisseroth的研究室开发了一种名为Clarity的系统对内部设计，必需化学家如此一来碰到完整脑中会神经细胞内元和电路的在结构上。同年份7同年，美国政府圣路易斯华盛顿学院的一个数据分析小组称，他们绘制单单迄今最全都面、最准确的本能脑研究成果，其中会97个本能脑皮层地区此在此之前从未能说明了过，归入首次揭晓。

（文中会数据可能于留言板公开资料）