12月24日，The-Scientist雜志公布了其評選出的2018年頂級技術(shù)突破。“雙父親”小鼠、摧毀腫瘤的納米機器人、“AI化”的液體活檢、顛覆基因表達分析的革命性技術(shù)……這一年，科學(xué)家們，依然很“贊”！
1# 突破哺乳動(dòng)物同性生殖障礙，首次獲得孤雄小鼠
一只健康的成年雙母親小鼠（bimaternal mouse）有了自己的后代；而雙父親小鼠（bipaternal）出生不久后便會(huì )死去。（圖片來(lái)源：LEYUN WANG）
同性生殖的現象在動(dòng)物中并不罕見(jiàn)，例如在爬行類(lèi)的蜥蜴、兩棲類(lèi)的蛙以及多種魚(yú)類(lèi)中，都有“孤雌生殖”現象：即不經(jīng)過(guò)與雄性的交配，雌性個(gè)體即可生下后代。但與孤雌生殖對應的孤雄生殖則極其罕見(jiàn)，科學(xué)家們迄今只在一種斑馬魚(yú)中發(fā)現了孤雄生殖。
然而，對于高等哺乳動(dòng)物來(lái)說(shuō)，無(wú)論是孤雌生殖還是孤雄生殖都不存在。在爬行類(lèi)和兩棲類(lèi)動(dòng)物中不存在、而在哺乳類(lèi)動(dòng)物中進(jìn)化出來(lái)的印記基因（imprinted genes）被認為是阻礙哺乳動(dòng)物同性生殖的重要因素。
今年10月，發(fā)表在Cell Stem Cell雜志上的一項研究中，來(lái)自中國科學(xué)院的科學(xué)家們首次用兩只雄性小鼠“生出了后代”，獲得了具有兩個(gè)父系基因組的孤雄小鼠。這些孤雄小鼠外觀(guān)正常，可以自主呼吸，但是都在出生后48小時(shí)內死亡。
而早在2015年，科學(xué)家們曾成功培育出“雙母親”小鼠，這些“孤雌小鼠”似乎生長(cháng)正常，并且能生育后代。
研究人員認為，這項新成果證實(shí)，在等的哺乳動(dòng)物中，孤雄生殖也有可能實(shí)現，但所有的孤雄小鼠均無(wú)法存活至成年，意味著(zhù)相比孤雌生殖，孤雄生殖有著(zhù)更多的障礙。
2# 摧毀腫瘤的DNA納米機器人
DNA納米機器人運輸了一種切斷小鼠體內腫瘤血液供應的藥物（圖片來(lái)源：BAOQUAN DING AND HAO YAN）
借助納米機器人將藥物精準輸送至腫瘤細胞，在定向殺死癌細胞的同時(shí)又不危及周?chē)】到M織是許多科學(xué)家的夢(mèng)想。
今年2月，來(lái)自中國國家納米科學(xué)中心的科學(xué)家們報道了一種用DNA制成的納米機器人，這種機器人可在血液中“穿行”，找到腫瘤，釋放一種導致血液凝固，從而觸發(fā)小鼠體內癌細胞死亡的蛋白——凝血酶。
研究人員之所以采用DNA作為原料構建納米機器人，主要是基于DNA本身的生物相容性（biocompatible）與生物可降解性（ biodegradable）。
實(shí)驗表明，這一新型納米機器人可精準定位并有效殺死腫瘤細胞，在多種小鼠腫瘤模型中取得了較好的結果。相關(guān)成果發(fā)表在Nature Biotechnology雜志上。
3# 液體活檢“AI化”
用于檢測血液中癌癥DNA的機器學(xué)習算法有望為個(gè)性化癌癥治療鋪平道路。（圖片來(lái)源：ISTOCK, VITANOVSKI）
“如何在癌癥很早期時(shí)發(fā)現它”以及“如何為患者提供個(gè)性化的、動(dòng)態(tài)的治療”是現代癌癥醫學(xué)的兩大挑戰。為了找到解決方案，一些實(shí)驗室和生物技術(shù)公司開(kāi)始轉向人工智能，也就是AI。他們希望開(kāi)發(fā)出能夠幫助破譯血液中微弱信號的機器學(xué)習算法?；谶@些信號，科學(xué)家們可在早期識別癌癥，也可以實(shí)時(shí)判斷患者是否對接受的治療有響應。
到目前為止，用于檢測血樣中微量腫瘤DNA的機器學(xué)習算法在臨床驗證研究中表現良好，但還沒(méi)有一種自主學(xué)習算法被批準用于臨床。通過(guò)直接從血液中尋找DNA、RNA和蛋白質(zhì)的突變，這些技術(shù)在檢測和監測癌癥方面有可能超越成像和組織活檢技術(shù)。
4# 實(shí)驗動(dòng)物的“救星”
基于軟件的化學(xué)篩選可以限度地減少動(dòng)物實(shí)驗（圖片來(lái)源：ISTOCK, NIDERLANDER）
在世界范圍內，數以百萬(wàn)計的動(dòng)物被用于化合物的**測試?，F在，毒理學(xué)家開(kāi)發(fā)出了一款能夠準確預測這些試驗結果的軟件。該軟件預測動(dòng)物實(shí)驗結果的準確率為87%，相比之下，重復實(shí)驗本身只在81%的情況下重現了原始結果。這一成果于今年7月發(fā)表在Toxicological Sciences雜志上。作者們希望，該軟件能夠減少實(shí)驗動(dòng)物的使用。
5# 無(wú)人機的“大用途”
無(wú)人機使研究人員能夠比以往任何時(shí)候更容易收集大量的生物數據，且成本更低、分辨率更高。（圖片來(lái)源：ROHAN CLARKE）
一些研究人員希望盡量減少實(shí)驗動(dòng)物的使用，而另一些人則希望盡可能多地收集有關(guān)野生動(dòng)物的信息。如果使用得當，無(wú)人機可能會(huì )是個(gè)“好幫手”。一些科學(xué)家正在利用無(wú)人機做這樣的事情，包括收集鯨魚(yú)的鼻涕、檢測整個(gè)海龜種群的大小和狀況等。
6# 革命性技術(shù)，改寫(xiě)視網(wǎng)膜細胞研究
超柔性網(wǎng)狀電極監測醒著(zhù)的動(dòng)物完好無(wú)損、功能正常的眼睛。（圖片來(lái)源：GEORGE RETSECK）
先前，為了記錄視網(wǎng)膜細胞的活動(dòng)，研究人員往往需要將眼睛從動(dòng)物身上摘除，解剖視網(wǎng)膜，然后把它平放在一組微電極上。這種處理下，視網(wǎng)膜細胞可以對光線(xiàn)做出幾小時(shí)的反應。
今年6月，哈佛大學(xué)納米技術(shù)專(zhuān)家Charles Lieber及其同事開(kāi)發(fā)了一款新型網(wǎng)狀電極。這種超柔性網(wǎng)狀電極能夠留在活體動(dòng)物的眼睛內，記錄視網(wǎng)膜細胞的活動(dòng)長(cháng)達數周。值得注意的是，網(wǎng)狀結構對視覺(jué)的影響很小，幾周后就會(huì )從視網(wǎng)膜上脫落。
加州大學(xué)伯克利分校的Marla Feller表示，這是一項“了不起的”創(chuàng )新。相關(guān)成果發(fā)表在頂級期刊Science雜志上。
7# 邁向三維基因表達分析
特定類(lèi)型或組織的細胞可能看起來(lái)相似，但行為卻不同。例如，在大腦中，相同亞型的神經(jīng)元可能會(huì )根據它們的位置和連接扮演非常不同的角色。也就是說(shuō)，當涉及到特定的細胞功能時(shí)，空間信息是絕對關(guān)鍵的。因此，研究人員正在開(kāi)發(fā)一種能夠檢測組織切片中多個(gè)基因表達的工具。
由斯坦福大學(xué)科學(xué)家開(kāi)發(fā)的STARmap便是這類(lèi)工具中的一種。STARmap涉及將組織樣本轉化為水凝膠，以更好地檢測揭示目標RNA位置的“條形碼”。研究小組利用該技術(shù)分析了多達28個(gè)基因同時(shí)在150微米的小鼠腦組織切片中的表達，以及1000多個(gè)基因同時(shí)在8微米的切片中的表達。這些分析揭示了興奮性和抑制性神經(jīng)元亞型在大腦皮層上分布的差異。
瑞典卡羅林斯卡學(xué)院的分子系統生物學(xué)家Sten Linnarsson認為，STARmap是邁向真正三維基因表達分析的重要一步。相關(guān)成果也發(fā)表在Science雜志上。
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