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2014年十大具有颠覆性的新兴技术（二）

刘霞综合外电 //m.auribault.com 2014-06-24 来源：科技日报

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　　CRISPR技术由加州大学伯克利分校、哈佛大学、麻省理工学院以及其他高校的科学家携手研发而成，其正在改变科学家们对遗传工程的看法，因为它有助于科学家们精准地、相对简单地修改基因组。云南研究的团队的季智维说，他们进行这一实验的目的是证实，CRISPR是一种非常有潜力、成本相对低廉又简便的基因组靶向编辑技术，能被用来制造拥有多种变异的灵长类动物。最新研究发表在今年2月份出版的《细胞》（Cell）杂志上。

　　CRISPR拥有无与伦比的精确性，而且试验效率极高，所以一出现就获得了全世界科研人员的热捧，并已在人工培养的细胞、酵母、大鼠等各种试验平台上进行了成功的尝试。2013年年初，美国科学家在一个培养皿中证明，这一技术能被用来对任何动物细胞，包括人体细胞进行遗传修改。

　　美国加州大学伯克利分校的分子和细胞生物学教授詹妮弗·杜布拉说：“我们能用这项技术来修改灵长类动物的基因，这真令人惊叹。” 杜布拉也是 CRISPR 技术的开发者之一。利用这项技术，科学家们可以创建出拥有特定基因变异的灵长类动物，从而对复杂的人类疾病进行深入研究。

　　但这一技术也会带来新的伦理困境。从技术的角度来看，最新的灵长类研究已经证明了科学家可以用 CRISPR 技术对人类的受精卵细胞进行基因编辑，那么，人类或许也能借此创造出转基因婴儿。

　　对于大多数研究CRISPR技术的人来说，制造出转基因婴儿还是一个遥不可及的想法，目前更重要的是利用这项技术制造拥有与人类疾病有关的突变基因的动物，因为使用灵长类动物做实验成本高，也很容易受到动物保护组织的攻击。

　　目前，最急需这种技术的研究领域是脑失调。MIT麦戈文大脑研究所所长、美国科学院院士罗伯特·德西蒙表示，可以使用CRISPR 技术，制造出一些罹患自闭症、精神分裂症、阿尔兹海默氏症、躁狂抑郁症等病症的猴子模型。这些脑失调疾病很难在老鼠或其它啮齿类动物身上进行研究；不仅因为罹患这些疾病的啮齿类动物和人类的行为存在区别，而且也因为疾病所影响的神经回路也不同。许多对老鼠很管用的治疗精神病的药物，进行人体实验时却以失败告终，这导致许多制药公司缩减了相应的研究或直接放弃了相应的研究。

　　灵长类动物模型有助于科学家们更好地理解导致人脑失衡的突变基因，一般而言，科学家们很难弄清楚某种遗传变异的重要性，这种遗传变异可能是疾病发生的原因，也可能只是间接地与疾病有关，CRISPR 可以帮助研究者发现导致脑失调的突变基因：即将可疑的遗传变异植入猴子体内并观察最终的结果。CRISPR的有用之处在于，它允许科学家制造出拥有不同变异组合的动物，可以厘清哪些变异是导致疾病发生的“罪魁祸首”，而现有的其他技术完全无法胜任这样的操作复杂性。

　　在云南科学家的研究的基础之上，MIT的神经科学家冯国平和麦戈文大脑研究所的张峰（音译）通过实验证明，可以用 CRISPR 技术来修改人体细胞的基因组。他们也在同云南的科学家携手合作，制造一种罹患自闭症的转基因猕猴，他们计划在受精卵中修改一个名为SHANK3（只有小部分孤独症患者拥有 SHANK3 突变基因，但这种变异导致人罹患自闭症的几率很高）的基因，得到的猴子可以被用来研究自闭症的发病原理并对可能的药物进行测试。季智维表示，他的研究团队希望制造出一批罹患帕金森氏症的猴子，用于发现这一疾病的早期症状并研究其发病和恶化机理。

　　最新研究提出的最大的可能性是：用CRISPR 技术来改变人类胚胎细胞（在体外受精阶段）的基因组成。美国匹兹堡大学医学院的生殖生物学家、干细胞专家杰拉尔德·夏腾认为，CRISPR技术除了对生物医药领域具有极其重要的意义之外，未来也极有可能给人类自身带来重要的影响，科学家们或许可以利用该技术对人类自身胚胎的遗传物质进行改造。但即便这种操作在技术上能够实现，绝大多数科学家似乎并不乐见其成。

　　首先，安全方面的担忧就令人望而却步。美国斯坦福大学法律和生物科学中心主任汉克·格里利说，当想到“你正在?意烈桓鲇锌赡鼙涑捎ざ?南赴?笔保?魏我桓鑫⑿〉拇砦蠡蚋好嬗跋於伎赡艿贾戮薮蟮暮蠊??/P>

　　不过，父母有可能为了降低孩子罹患糖尿病或心脏病等疾病的风险，从而选择用基因编辑技术对多个基因进行修改，但格里利表示，对于他来说，至少在未来的5到10年内，这都是一件非常疯狂的事。父母们可能会修改的基因，即便不是大多数，也有很多要么太复杂，要么科学家们的了解太贫乏，都不是理想的干预目标。例如，科学家还不了解与智力或更高级别的大脑功能有关的基因的基础，更换了基因会不会对婴儿的智力或其他大脑功能造成危害等，还是个未知数。

　　季智维说，制造出基因组被CRISPR 技术编辑过的人类是“非常可能的”，但“考虑到安全问题，实现这一点还有很长的路要走”。此时此刻，他的研究团队希望转基因猴子“能为人类的疾病研究提供非常有效的动物模型，在未来提高人类的健康水平”。美国国立卫生研究所灵长类动物研究中心的负责人约翰·哈丁认为，随着这类研究的不断开展，我们也会对CRISPR这项技术有更深入的了解和认识，能知道该技术究竟可以给我们带来哪些帮助。

　　微尺度3D打印技术

　　撰稿：《技术评论》杂志的编辑戴维·罗特曼。

　　由不同类型的材料制成的“墨水”极大地扩展了能打印出来的物体的范围。

　　突破点：使用多种材料的3D打印技术打印出了拥有血管的生物组织。

　　为什么它很重要：这一技术让科学家们可以制造出拥有理想功能的生物材料，最终获得人造器官。

　　主要参与者：哈佛大学的詹妮弗·里维斯、普林斯顿大学机械和航天工程系副教授迈克尔·麦克阿尔卑恩、英国剑桥大学的基思·马丁。

　　尽管3D打印技术最近几年发展得如火如荼，但它的应用能力却极为有限。这一技术可以打印出复杂的形状，但只限于使用塑料进行打印。即便那些拥有更高级的3D打印技-叠加制造技术的生产商，也只是在塑料的基础上添加了几种金属合金而已。但如果3D打印机可以使用多种原材料-比如活细胞或半导体等来打印，并根据需求对这些打印材料进行精确地混合和匹配，最终，我们会得到什么呢？

　　哈佛大学的材料科学家詹妮弗·里维斯目前正在研发化学技术、研制机器，希望使上述目标变成现实。在打印形状非常复杂的物体时，她采用了“自下而上”的方法，从最底层开始按需求逐层堆叠拥有不同属性的材料，比如说能导电或拥有光学属性等。这意味着，3D打印技术可以制造出能感知周围的环境并做出反应的物体。她说：“形式和功能的融合，是3D打印技术领域的下一个大事件。”

　　普林斯顿大学的研究团队成功地打印出了仿生耳，其包含有生物组织和电子部件；与此同时，英国剑桥大学的科学家也打印出了复杂的视网膜细胞，并用这些细胞制造出了复杂的眼部组织。这些都是3D技术领域非常令人瞩目的研究成果，其中，里维斯领导的实验室凭借其打印材料的多样化以及能打印出来的物体的种类拔得头筹。

　　去年，里维斯研究团队证明，她们能够打印出微型电极和微小的锂离子电池所需要的其他组件。其他打印出来的物体包括，构筑在塑料块上的传感器，未来，运动员们可以佩戴这一设备探测冲击力并测量其受影响的程度。最近，她的研究团队甚至打印出了包含有复杂的血管网络的生物组织。为了做到这一点，研究人员必须使用不同的细胞和材料（这些材料形成支架支撑细胞）制造出墨水。最新研究成功解决了制造用于药物测试或移植的人造器官面临的一大难题：如何制造出一个能让细胞存活的血管系统。

　　里维斯团队取得成功的秘诀就在于拥有各种属性的墨水，每种墨水都是一种不同的材料，但它们都可以在室温环境下打印；不同的材料有不同的问题需要克服，比如，细胞非常脆弱，被迫通过打印喷嘴的时候很容易被破坏。所以，拥有不同属性的各种墨水必须被统一规划从打印喷嘴流出，尽管承受压力，也需要其形式保持不变。

　　在进入哈佛大学之前，里维斯已在伊利诺伊大学研究3D打印技术十多年了，她曾经用过陶瓷、金属纳米颗粒、聚合物以及其他非生物材料进行打印。加入哈佛大学之后，她创建了自己的实验室，首次尝试利用生物细胞和组织来打印物体，她希望能像处理由合成粒子组成的材料一样处理这些生物细胞和组织。她承认，这种想法有些天真，但她的确做到了。打印出血管意味着向打印出拥有复杂生物功能的人造组织前进了一步，里维斯说：跟细胞打交道，“真的很复杂”，她表示：“在利用这项技术打印出拥有完整功能的肝脏或者肾脏之前，我们还有很多事情要做，现在，万里长征才迈出了第一步。”

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编辑：尹盼秋