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美国《科学家》杂志评选出2016年生命科学领域十大创新产品

首页 » 产业 » 产品 2016-12-21 动脉网 赞(4)
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导读
美国著名科普杂志《科学家》(The Scientist)是一份在生命科学方面被广大读者认可,并受业界尊敬的月刊杂志。该杂志一直致力于研究生命科学,为科研人员提供最新的研究动态,科研成果发布等多方面的报道。每年年底,该杂志都会颁发生命科学相关的十大创新产品奖项。

美国著名科普杂志《科学家》(The Scientist)是一份在生命科学方面被广大读者认可,并受业界尊敬的月刊杂志。该杂志一直致力于研究生命科学,为科研人员提供最新的研究动态,科研成果发布等多方面的报道。每年年底,该杂志都会颁发生命科学相关的十大创新产品奖项。

近日,《科学家》公布了其评选的2016年十大创新产品名单。通常而言,创新只是在以往技术上的增量修补,很少能有颠覆性的革新。今年的十大创新产品获奖名单中就包括了大胆的颠覆式创新设计,有望为基础生物学、药物研发和临床实验领域带来更多的新发现。但是也有我们已经非常了解,之前被低估的生命科学领域的创新。

遗传学家们可能会陶醉于一台单分子长读长的测序新平台,而合成生物学家正渴望着CRISPR Cas9技术的发展,指导RNAs和核酸酶的发展促进更高效和精确的基因组编辑。这就如生物学一样,生命科学技术往往超过其各部分之和。

值得一提的是,今年的十大创新产品名单中,出现了越来越多的临床相关的创新技术,如3D打印的人体肾脏组织。这些发明提醒着我们,创新和发展出现的时候,得益的不仅是制造商、开发商和学者,所有的人类都会受益。

1. ProteinSimple公司Milo单细胞蛋白质表达定量分析系统


Milo由加州大学的Amy Herr实验室研发,是第一部单细胞水平,蛋白质表达定量分析系统。Milo系统采用专利的微流控Western blot芯片,通过单细胞微孔设计,采集单细胞,然后原位裂解细胞,释放蛋白,进行蛋白质电泳,将不同分子量蛋白进行分离,提高免疫学检测特异性。之后,采用专利技术进行蛋白质原位捕获,使用Western blot验证抗体及荧光标记二抗直接杂交,扫描仪进行芯片扫描后,Scout软件对扫描结果进行深度定量分析。

研究者可以一次性在约1000个单细胞中找到特定的蛋白质。用户只需用吸管吸附细胞悬液到1×3英寸的玻片上,玻片上覆盖有30μm厚、点缀有6400个微孔的凝胶层。随着细胞进入凝胶,约有1000个孔能够收集到单独的细胞用于分析。研究人员然后添加试剂化学溶解细胞,让蛋白质变性;接下来用电荷把蛋白质拉入这些空洞空间,再用UV灯激活凝胶里的化学药物,来锁定蛋白条带。

ProteinSimple的市场总监说:“传统Western不能体现异质性,而Milo可以鉴定亚种群。”该公司拒绝透露确切的Milo单位价格,但表示它的成本和传统台式流式细胞分析仪的价格差不多。

2. Organovo公司ExVive 3D打印人类肾脏组织

药物开发中一个相对关键的步骤是检测候选化合物是否会损害肾脏,但现有的细胞培养和动物模型只能近似于人类的肾脏。来自Organovo公司的ExVive人类肾脏组织是一种使用3D生物打印的肾脏近端小管复制品,它为药物开发者提供了一种可靠的肾毒性测试手段。

目前,很少有药物能够在临床测试前就确定是否有毒,使得投资临床测试会对药物开发商带来很高的风险。如果在研发早期就能识别肾毒性,就能让这个风险降低。“更重要的是,知道你在做的事情对将要进行临床实验的患者真的不会带来危害。”Oraganovo首席科学官Sharon Presnell说。

生物打印的工作原理类似于3D塑料打印,Presnell解释说:“但不是将聚合物珠子放进打印机,而是小的细胞聚体。这个肾组织复制品还可应用于毒理学之外的领域,作为一个肾组织实验平台。”Oraganovo还曾依靠ExVive肝组织赢得了2014年的十大创新奖项。

“它似乎和天然的肾组织完全一样。”Caroline Lee说。她是Ardea Biosciences的代谢和药物动力学研究员,正在检测人工组织中的转运蛋白表达。她发现定向运输蛋白可以沿着膜准确定向。“你可以看到药物往正确的方向走,这非常了不起。”

到目前为止,Organovo已经收到关于该项创新产品的大量商业订单。

3. Pacific Biosciences公司Sequel系统

Pacific Biosciences最新推出的单分子实时(SMRT)测序仪Sequel系统,比原始的长读长测序仪的尺寸不到1/3,重量减少了一半。

Sequel系统是PacBio在去年秋季推出,与老SMRT测序仪PacBio RS Ⅱ的有着相同的长读长和单分子分辨率。“与RS  Ⅱ相比,它是一个高通量版本的SMART测序仪,产出更快,能应对更大的基因组和更高的分子深度需求,如宏基因组样本。”纽约西奈山医学院的Robert Sebra说到,该院于2015年12月已经启用了该仪器。

Sebra在2007年到2012年曾在PacBio工作,已将SMRT技术应用于多个实验,包括人类基因组从头测序。他说:“它能非常灵活地应用于研发和生产测序,基本上没有系统误差,做到了高质量测序数据与长读长融合,帮助发现新的基因组特征。”

Jonas Korlach(PacBio首席科学家,SMRT测序的发明人之一)说:“Sequel System在宏基因组和传染病研究中也特别有用,它最近被用来参与一个韩国人的参考基因组研究。”今年10月份,万种脊椎动物基因组联盟(G10K) 和万种鸟类基因组联盟(B10K)的领导人宣布选择SMRT测序作为主要技术。

PacBio测序仪的标价是350万美元,将惠及更多的实验室。

4. Axion BioSystems公司Lumos光传递系统

Axion BioSystems公司在2015年12月所推出的Lumos光传递系统,可以能够让体外光遗传学研究得比以往更加准确、重复性更好。该系统包含了48个孔,每个孔中镶嵌了4个可独立控制的LED发光器,能够分别发出蓝、绿、橙、红四种光,而且实现微秒级的转换。把这个设备放到微阵列培养皿上,研究人员就能对培养细胞进行精确地刺激、操纵和测量了。

哥伦比亚大学的遗传学家David Goldstein已准备利用Lumos在实验室里研究癫痫了,他说:“我们已经花了很长时间一直在寻找一个精准的癫痫药物环境,这是一个中级复杂度的体外模型,同时有足够高的通量可以筛选化合物。人工神经元网络倾向于与突触发射同步,实验者从它们的行为中获得的信息数量就会变少。为了引出更复杂的行为,可能揭示突变带来的影响,Lumos系统能让我们实现对神经网络特定通道的调控并检测反馈信号,从而研究癫痫突变在这个复杂体系中的作用。”

Lumos的价格为26000美元。

5. 赛默飞世尔公司LentiArray CRISPR文库

CRISPR-Cas9技术因其易用性,被誉为让基因自主编辑实现大众化普及的技术。赛默飞世尔在今年九月推出的LentiArray CRISPR库,让每个实验室使用CRISPR技术变得更简单。赛默飞世尔开发的试剂能够让研究人员使用CRISPR使用于多种人体细胞实现基因编辑,从HeLa肿瘤细胞到诱导性干细胞,都能使用CRISPR将基因逐个敲除。

美国西北大学的Simone Sredni正在研究横纹肌样瘤,一种儿童恶性肿瘤。她使用了LentiArray文库,筛选患者肿瘤细胞中突变的160种激酶,以期找出影响细胞增殖和生长的关键酶。她在3个月后得到了原始数据,有几种酶的损伤确实使生长变慢。她表示试验速度真的很快,现在只有一年多一点的时间,就在动物模型上测试这些激酶抑制剂的效果。她认为没有这个筛选实验的话,她无法找到这几种酶。

这个文库有不同的类型。客户可以选择19个不同的基因组合,定制化芯片,或者进行约1.8万种基因的筛选。赛默飞世尔的合成生物学研发总监说:“这不仅是市面上最高效的筛选技术,还为我们各种实验提供了更多选择。”

Sredni认为,一个文库1万美元起步有点贵,但是对实验室进行高通量筛选来说还是值得的。

6. NanoString公司nCounter Vantage 3D平台

2008年,NanoString发布了nCounter分析系统,一台能计算与靶分子结合的彩色条码的自动显微镜。该项技术的最初目的是设计用于定量检测mRNA,后来逐渐改进应用到DNA序列、蛋白的计数,甚至还能分析蛋白的磷酸化状态。今年4月,NanoString推出了第一款Vantage 3D平台,能够数字化检测计数肺癌、白血病样本的mRNA表达情况,还有实体瘤生物学和免疫细胞信号通路中的相关蛋白,以及DNA的单碱基突变。

Gordon Mills是安德森癌症中心的系统生物学系主任,参与研发了Vantage panels,并将该平台应用于临床。他说:“有很多平台可以用于人类样本检测,但是它们中没有谁具有nCounter Vantage system的鲁棒性、易用性和在病人样本中同时检测DNA、RNA和蛋白的能力。”

nCounter analysis system价格范围为14.9~28万美元,而nCounter Vantage 3D Panels每个样本的检测价格为275美元左右。在不久的将来,NanoString 和Mills的实验室计划设计新的Vantage平台,添加单细胞范围的分子组成空间定向检测维度。

7. 908 Devices公司ZipChip芯片

Zipchip芯片本质是一个微流体设备,能够辅助质谱分析仪,减少样本量并扩大检测物质范围。这个芯片不足1英尺,可以直接安装到质谱分析仪上,从而让样本通过微流体芯片达到优化检测的目的。

一般来说,准备质谱样本时非常耗时且容易出错。908 Devices公司的共同创始人Chris Petty透露:“有了这个前端,我们可以几乎不用怎么处理样本就进行分析,即使样本中含有盐、洗涤剂或其他杂质。ZipChip芯片利用毛细管电泳能在2~3分钟内分离样本,而液相色谱柱起码需要1个小时。这个设备还能更好地分离一些难分离的物质,例如蛋白、抗体、抗体和药物的交联物等。”

Michael Pacold在纽约大学研究代谢组学,他说实验室里有一台ZipChip能让他的课题范围更广阔,因为他能从更多的资源中更快地获得数据。Pacold说:“很多临床实验你只能从库里拿到几纳升的血浆,没有像ZipChip这样的设备,无法完成这些实验。”

这款设备的售价为3万美元,自动进样器2万美元。

8. Horizon公司Turbo绿色荧光蛋白标记性HAP1细胞

Horizon的HAP1细胞已经连续第3年赢得了《科学家》的十大创新产品奖项了。在2014年,CRISPR基因敲除细胞系赢得了此称号;2015年,Horizon在此基础上推出了可以根据客户需求个性化编辑基因;去年10月,Horizon推出Turbo绿色荧光蛋白标记性HAP1细胞,使得可以通过荧光观察基因的表达情况,让Horizon又登上今年的榜单。

Horizon的细胞株产品经理说,使用这些细胞而不用抗体标记的其中一个主要原因就是简便。你不需要像使用抗体那样进行筛选和优化,你可以看到这些细胞的活动动态。

瑞典皇家理工学院的Emma Lundberg近期负责了人类蛋白质图谱绘制计划(Human Protein Atlas project)。她负责使用激光共聚焦显微镜进行蛋白亚细胞定位,她说过表达有时会导致人工蛋白或蛋白的错误定位。最终她选择使用了HAP1细胞来完成这个项目,因为可以直接看到蛋白在细胞间的位置,荧光拍照时会很方便。

9. Photometrics公司Prime sCMOS照相机

研究人员现在可以利用功能强大的显微镜照相机拍摄到非常漂亮的样本照片。Photometrics的产品经理Mohindra说:“公司每一年的相机技术都在提升,但是全新的4200万像素的Prime sCMOS相机已经接近完美。”在2016年初发布的这台相机将信噪比提高了3至5倍,需要的光强度大大降低到原来的十分之一,这样就可以降低拍摄时的荧光强度,延长细胞寿命,获得更好的数据。

Mohindra还说:“你可以维持低的光度,让细胞存活得更久,获得更好的数据。”Prime sCMOS相机的内置算法还减少了研究者收集的数据总量,加快运行和分析的次数。脱机加工时每一帧费时30秒,如果你的相机每秒获得100帧,那就需要50分钟来处理1秒的有效数据。如果使用Prime camera,研究者就能马上完成数据处理。

Photometrics Prime sCMOS相机的实时过滤和高帧速率可以捕获更多的超像素显微镜数据,更好地鉴别出染色体结构的变化。它的售价为15950美元。

10. 赛默飞世尔公司GeneArt Platinum Cas9核酸酶

赛默飞世尔公司再次上榜!除了LentiArray CRISPR文库,赛默飞世尔的另一个CRISPR试剂同时获得了今年的十大创新产品——GeneArt Platinum Cas9核酸酶。在酿脓链球菌中提取的重组Cas9 蛋白研发的GeneArt Platinum Cas9核酸酶含有核定位信号,可以辅助其进入靶细胞的细胞核。

赛默飞世尔的基因编辑研发经理Potter说:“我们知道这项产品最重要的是稳定的质量、活性和纯度,所以我们通过大量的试验确保提取的过程是高效的。”Potter的团队去年发表的文章表明GeneArt Cas9对多种细胞株的切割效率达到了85% 。

斯坦福大学医学院的干细胞生物学家Matthew Porteus,将GeneArt Platinum Cas9用于他的血液疾病活体外基因编辑研究,目前使用的是小鼠细胞,已与Thermo合作进行临床试验。使用CRISPR/Cas9系统完成基因组编辑是高效而且具特异性的。他说:“我们的问题在于之前商用的Cas9蛋白有毒性,从而难以进行临床试验。而GeneArt Platinum Cas9确实成为了关键蛋白,获得了用其他试剂达不到的效果。”

一管25μg的GeneArt Platinum Cas9核酸酶售价150美元,客户可以咨询赛默飞世尔的专家,进行实验设计和整个实验步骤的咨询。

(转化医学网360zhyx.com)

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