在科研界，新技術(shù)的出現(xiàn)總是那么快，就像一陣龍卷風(fēng)。也許你跟上了，也許你錯(cuò)過(guò)了。為了不讓大家錯(cuò)過(guò)每一項(xiàng)創(chuàng)新產(chǎn)品和技術(shù)，The Scientist近日評(píng)選出了對(duì)科研和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域影響較大的十大創(chuàng)新產(chǎn)品。

2016年的十大創(chuàng)新產(chǎn)品包括了大膽的新平臺(tái)，有望為基礎(chǔ)生物學(xué)、藥物研發(fā)和臨床實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域帶來(lái)更多新發(fā)現(xiàn)。遺傳學(xué)家們可能會(huì)陶醉于一臺(tái)單分子長(zhǎng)讀長(zhǎng)的測(cè)序新平臺(tái)，而合成生物學(xué)家正渴望著CRISPR-Cas9技術(shù)的發(fā)展；這就如同生物學(xué)它本身，生物科學(xué)技術(shù)往往超過(guò)其各部分之和。

值得一提的是，今年的十大創(chuàng)新產(chǎn)品名單中，出現(xiàn)了越來(lái)越多的臨床相關(guān)技術(shù)，如合成人腎組織給培養(yǎng)皿里的組織賦予了器官特性。這些發(fā)明提醒著我們，創(chuàng)新和發(fā)展出現(xiàn)的時(shí)候，得益的不僅是生產(chǎn)商、開發(fā)商和學(xué)者，得益的還有人類。

從單細(xì)胞Western blotting機(jī)器，到簡(jiǎn)化質(zhì)譜的微流控設(shè)備，今年的十大創(chuàng)新產(chǎn)品榜單是革命性的生物科學(xué)進(jìn)步的頒獎(jiǎng)禮。

ProteinSimple >> Milo

Milo由加州大學(xué)的Amy Herr實(shí)驗(yàn)室研發(fā)，是一部單細(xì)胞Western blotting臺(tái)式機(jī)器，研究者可以一次性在約1,000個(gè)單細(xì)胞找到特定的蛋白，他只需用移液槍加一滴細(xì)胞液到1x3英寸的玻片上，玻片上覆蓋有30 um厚、點(diǎn)有6,400個(gè)微孔的凝膠層。細(xì)胞加到凝膠后，約有1,000個(gè)孔能夠收集到單獨(dú)的細(xì)胞，用于分析。然后實(shí)驗(yàn)人員加試劑，化學(xué)裂解細(xì)胞，讓蛋白變性；用電荷把蛋白拉入孔間，再用UV燈激活凝膠里的化學(xué)藥物，固定蛋白條帶。

ProteinSimple的市場(chǎng)總監(jiān)說(shuō)：“傳統(tǒng)Western不能體現(xiàn)異質(zhì)性，而Milo可以鑒定亞單位。” Zephyrus Biosciences公司沒有給出Milo的具體價(jià)格，只表明它與一部臺(tái)式流式細(xì)胞儀的價(jià)格差不多。

評(píng)價(jià)員觀點(diǎn)：

Unger評(píng)價(jià)：價(jià)格降下來(lái)的話，Milo可以用于蛋白的高效檢測(cè)，并得到單個(gè)細(xì)胞的應(yīng)答信息，這是現(xiàn)今很重要的一個(gè)探究領(lǐng)域。

Fishman評(píng)價(jià)：這是讓已有的技術(shù)價(jià)格更低，所占空間更小的一個(gè)例子，同時(shí)還節(jié)約了研究者檢測(cè)細(xì)胞樣本中蛋白表達(dá)異質(zhì)性的時(shí)間。

Organovo >> ExVive Human Kidney Tissue

藥物開發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵是檢測(cè)藥物是否會(huì)損害腎臟，但現(xiàn)有的細(xì)胞培養(yǎng)和動(dòng)物模型只能近似于人類的腎臟。來(lái)自O(shè)rganovo 公司的ExVive Human Kidney Tissue是一種使用3D生物打印的腎臟近端小管復(fù)制品，為藥物開發(fā)人員提供了一種可靠的腎毒性測(cè)試方法。

目前，很少有臨床前測(cè)試可以確定一個(gè)藥物對(duì)人體是否有毒，投資臨床測(cè)試對(duì)研發(fā)商來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)，如果在早期發(fā)現(xiàn)腎毒性，就能讓風(fēng)險(xiǎn)降低，更重要的是知道你在做的事對(duì)將要進(jìn)行臨床實(shí)驗(yàn)的患者真的沒有危害。 生物打印的工作原理類似于3D塑料打印，但放進(jìn)打印機(jī)不是聚合物珠子，而是小的細(xì)胞聚體。這個(gè)腎組織復(fù)制品還可應(yīng)用于毒理學(xué)意外的領(lǐng)域，作為一個(gè)腎組織實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

”它似乎和天然的腎組織一樣完整。“Caroline Lee說(shuō)。她是Ardea Biosciences的代謝和藥物動(dòng)力學(xué)研究員，檢測(cè)人工組織中的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)。她發(fā)現(xiàn)定向運(yùn)輸?shù)鞍卓梢匝刂?zhǔn)確定向。”你可以看到藥物往正確的方向走，這非常了不起。“

評(píng)價(jià)員觀點(diǎn)：

Unger評(píng)價(jià)：用一個(gè)這么創(chuàng)新且大膽的方法，復(fù)制形態(tài)和功能都有的腎組織，這項(xiàng)產(chǎn)品遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的細(xì)胞培養(yǎng)法，具備了組織水平的預(yù)測(cè)能力。

Fishman評(píng)價(jià)：這項(xiàng)技術(shù)可替代臨床前動(dòng)物試驗(yàn)，減低我們對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物檢測(cè)新化合物的依賴性，有望更好地模擬人類腎臟生物學(xué)、檢測(cè)新藥物的腎毒性，給藥物研發(fā)帶來(lái)一場(chǎng)變革。

Pacific Biosciences >> The Sequel System

Pacific Biosciences最新推出的單分子實(shí)時(shí)(SMRT)測(cè)序儀Sequel System比它家原始的長(zhǎng)讀長(zhǎng)測(cè)序儀尺寸和重量至少小了1/3，價(jià)格減少了一半。

Sequel在去年秋天推出，與稱為PacBio RS II的老SMRT測(cè)序儀有著相同的長(zhǎng)讀長(zhǎng)和單分子分辨率，但它是SMRT的高通量版本，產(chǎn)出更快，能應(yīng)對(duì)更大的基因組和更高的分子深度需求，如宏基因組樣本。

PacBio的員工Sebra在過(guò)去的6年將SMRT技術(shù)應(yīng)用于多個(gè)實(shí)驗(yàn)，包括人類基因組從頭測(cè)序，他說(shuō)：“它能靈活應(yīng)用于研發(fā)和生產(chǎn)測(cè)序，基本上沒有系統(tǒng)誤差，做到了高質(zhì)量測(cè)序數(shù)據(jù)與長(zhǎng)讀長(zhǎng)融合，幫助發(fā)現(xiàn)新的基因組特征。”

Jonas Korlach，SMRT測(cè)序的發(fā)明人之一，說(shuō)Sequel特別適用于宏基因組和傳染病研究，最近用于韓國(guó)個(gè)體參考基因組的研究中(Nature, 538:243-47, 2016)。10月份，Genome 10K (G10K) 和Bird 10,000 Genomes (B10K)的領(lǐng)導(dǎo)人宣布選擇SMRT測(cè)序作為主體技術(shù)。

PacBio測(cè)序儀在價(jià)格表上為US$350,000，將惠及更多的實(shí)驗(yàn)室。

評(píng)價(jià)員觀點(diǎn)：

Str?mvik評(píng)價(jià)：雖然小的實(shí)驗(yàn)室很難負(fù)擔(dān)，但是高通量、長(zhǎng)讀長(zhǎng)測(cè)序儀是任何團(tuán)隊(duì)研究大型和復(fù)雜的基因組、宏基因組和宏轉(zhuǎn)錄組所必需的。

Axion BioSystems >> Lumos

Axion BioSystems在2015年12月首次發(fā)布的Lumos light-delivery system使體外光遺傳學(xué)比以往更精確、重復(fù)性更好。這項(xiàng)設(shè)備上有48個(gè)孔，每個(gè)都有4個(gè)單獨(dú)可控的LED，能閃爍不同波長(zhǎng)的光：藍(lán)、綠、橙、紅，精確至微秒。把它放微陣列培養(yǎng)皿(microarray culture plate)上，recorder在下方固定，研究者就能刺激、操縱和測(cè)量各種細(xì)胞。

遺傳學(xué)家David Goldstein已準(zhǔn)備利用Lumos在他哥倫比亞大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室里研究癲癇突變神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的行為，他說(shuō)：“我們已經(jīng)花了很長(zhǎng)時(shí)間找一個(gè)精準(zhǔn)的癲癇藥物環(huán)境，用于體外配培養(yǎng)基模型中，同時(shí)有足夠高的通量可以篩選化合物。”

培養(yǎng)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)趨于與它們的突觸發(fā)射(firing)同步，這樣實(shí)驗(yàn)者從它們的行為中獲得的信息數(shù)量就會(huì)變少。為了獲得更多的復(fù)雜行為，揭示突變帶來(lái)的影響，研究者想要在檢測(cè)應(yīng)答的時(shí)候優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)里的活動(dòng)，而Lumos有望幫助研究者達(dá)到這個(gè)效果。

Lumos價(jià)格為US$26,000。

評(píng)價(jià)員觀點(diǎn)：

Unger評(píng)價(jià)：這個(gè)在多孔培養(yǎng)皿中的高通量光學(xué)刺激系統(tǒng)，是新興的生物光子學(xué)領(lǐng)域出現(xiàn)的首臺(tái)大范圍的實(shí)用的儀器。

Thermo Fisher Scientific >> LentiArray CRISPR Libraries

CRISPR-Cas9技術(shù)因其易用性，被譽(yù)為讓基因編輯大眾化的技術(shù)。Thermo Fisher Scientific 九月推出的LentiArray CRISPR庫(kù)，讓篩選實(shí)驗(yàn)變得更簡(jiǎn)單。Thermo研發(fā)的試劑適用于多種人類細(xì)胞，從HeLa到誘導(dǎo)多能干細(xì)胞，都能使用CRISPR將基因逐個(gè)敲除。

來(lái)自美國(guó)西北大學(xué)的Simone Sredni正研究橫紋肌樣瘤(rhabdoid tumor)。她參與了這文庫(kù)的優(yōu)化測(cè)試，篩選患者腫瘤細(xì)胞中突變的160種激酶的作用，找出其中影響細(xì)胞增殖和生長(zhǎng)的激酶。她在3個(gè)月后得到了原始數(shù)據(jù)，有幾種酶的損傷確實(shí)使生長(zhǎng)變慢。她說(shuō)，這真的很快。她花費(fèi)了一年多一點(diǎn)的時(shí)間，做到了體內(nèi)動(dòng)物模型這一步，檢測(cè)抑制這幾種酶之后的效果。她認(rèn)為沒有這個(gè)篩選實(shí)驗(yàn)的話，她無(wú)法找到這幾種酶。

這個(gè)文庫(kù)有不同的款。客戶可以選擇19個(gè)不同的基因集，定制化芯片，或者進(jìn)行約18,000個(gè)基因的篩選。Thermo的合成生物學(xué)研發(fā)總監(jiān)說(shuō)：這不僅是市面上最高效的篩選技術(shù)，還為我們各種實(shí)驗(yàn)提供了更多選擇。

Sredni認(rèn)為，一個(gè)文庫(kù)US$10,000起步有點(diǎn)貴，但是對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行高通量篩選來(lái)說(shuō)還是值得的。

評(píng)價(jià)員觀點(diǎn)：

Str?mvik評(píng)價(jià)：任何將CPISPR運(yùn)用到高通量水平的技術(shù)，至少值得一看！

NanoString Technologies >> nCounter Vantage 3D Panels

在2008年，當(dāng)NanoString首次推出它的nCounter分析系統(tǒng)：一臺(tái)能計(jì)算與靶分子結(jié)合的彩色條碼的自動(dòng)顯微鏡，目的是讓量化mRNA和DNA序列、蛋白計(jì)數(shù)的技術(shù)更成熟。今年，NanoString達(dá)到了這個(gè)目的，發(fā)布了nCounter Vantage 3D Panels。

Vantag試驗(yàn)擴(kuò)展到能數(shù)字計(jì)數(shù)mRNA、DNA、蛋白，甚至同時(shí)檢測(cè)蛋白的磷酸化情況。4月份，NanoString發(fā)布了首個(gè)Vantag試驗(yàn)，用于數(shù)字計(jì)數(shù)肺癌白血病樣本的RNA、實(shí)體瘤生物學(xué)和免疫細(xì)胞信號(hào)通路相關(guān)蛋白，以及DNA的單個(gè)核酸突變。

Gordon Mills是安德森癌癥中心的系統(tǒng)生物學(xué)系主任，參與研發(fā)Vantage panels，并應(yīng)用于安德森個(gè)性化癌癥治療研究所。他說(shuō)：“有很多平臺(tái)可以用于人類樣本檢測(cè)，但是它們中沒有誰(shuí)具有nCounter Vantage system的魯棒性、易用性和同時(shí)處理DNA、RNA和蛋白的能力。”

nCounter analysis system價(jià)格范圍為US$149,000~$280,000，而nCounter Vantage 3D Panels每個(gè)樣本的運(yùn)行價(jià)格為US$275或以上。在不久的將來(lái)，NanoString 和Mills的實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃開展新的Vantage panels，添加單細(xì)胞范圍的分子組成空間定向檢測(cè)維度。

評(píng)價(jià)員觀點(diǎn)：

Wiley評(píng)價(jià)：這項(xiàng)產(chǎn)品可能是同時(shí)檢測(cè)一個(gè)小樣本中的DNA、RNA和蛋白豐度的最大的技術(shù)突破。

908 Devices >> ZipChip

zipchip是一個(gè)微流控裝置，徹底地加快質(zhì)譜的速度，只需要最小的樣本量，擴(kuò)大了質(zhì)譜儀能掌握的樣本范圍。這個(gè)小盒子，不到1英尺長(zhǎng)，直接搭載到質(zhì)譜儀，能在一個(gè)顯微鏡玻片大小的微流控芯片上處理樣本。

一般來(lái)說(shuō)，準(zhǔn)備質(zhì)譜樣本十分耗時(shí)，且容易出錯(cuò)。ZipChip減少了這種情況的發(fā)生。ZipChip的創(chuàng)造者Petty說(shuō)：“有了這個(gè)前端，我們可以幾乎不用怎么處理樣本就進(jìn)行分析，即使含有鹽、去垢劑或其他基質(zhì)。ZipChip利用毛細(xì)管電泳能在2~3分鐘內(nèi)分離樣本組分，而液相色譜柱起碼需要1個(gè)小時(shí)。這個(gè)設(shè)備能更好地分離樣本，例如蛋白、抗體、抗體和藥物的交聯(lián)物，這些都是其他技術(shù)很難分離的。不僅如此，它只需要幾納升的樣本量。”這個(gè)設(shè)備售價(jià)US$30,000，自動(dòng)進(jìn)樣器另外需要US$20,000。

Michael Pacold在紐約大學(xué)研究代謝組學(xué)，他說(shuō)實(shí)驗(yàn)室里有一臺(tái)ZipChip能讓他的課題范圍更廣闊，因?yàn)樗軓母嗟馁Y源中更快地獲得數(shù)據(jù)。“很多臨床實(shí)驗(yàn)?zāi)阒荒軓膸?kù)里拿到幾納升的血漿，沒有像ZipChip這樣的設(shè)備，無(wú)法完成這些實(shí)驗(yàn)。”

評(píng)價(jià)員觀點(diǎn)：

Platt評(píng)價(jià)：毛細(xì)管電泳，分離樣品，只需一點(diǎn)樣本就能直接快速完成質(zhì)譜，費(fèi)用可能更低，減少樣本準(zhǔn)備時(shí)間還能提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

Horizon Discovery >> Turbo GFP Tagged HAP1 Cells

Horizon的HAP1細(xì)胞已經(jīng)連續(xù)第3年贏得了The Scientist的十大創(chuàng)新產(chǎn)品稱號(hào)了。在2014年，CRISPR基因敲除細(xì)胞系（由Haplogen發(fā)售）贏得了此稱號(hào)；去年，Horizon的定制敲除細(xì)胞出現(xiàn)在十大榜單上；去年的10月，Horizon推出Turbo GFP Tagged HAP1細(xì)胞，不需要基因過(guò)表達(dá)就能讓目標(biāo)蛋白帶上熒光標(biāo)簽，讓Horizon又登上今年的榜單。

Horizon的細(xì)胞株產(chǎn)品經(jīng)理說(shuō)，使用這些細(xì)胞而不用抗體標(biāo)記的其中一個(gè)主要原因就是簡(jiǎn)便。你不需要像使用抗體那樣進(jìn)行篩選和優(yōu)化，你可以看到這些細(xì)胞活著的動(dòng)態(tài)。

瑞典皇家理工學(xué)院的Emma Lundberg最近收到一批用于她的人類蛋白質(zhì)圖集計(jì)劃(Human Protein Atlas project)工作的細(xì)胞。她負(fù)責(zé)使用共聚焦顯微鏡進(jìn)行蛋白亞細(xì)胞定位，她說(shuō)過(guò)表達(dá)有時(shí)會(huì)導(dǎo)致人工蛋白或蛋白的錯(cuò)誤定位。而這些細(xì)胞產(chǎn)品的好處就是知道標(biāo)簽在哪里，且內(nèi)源表達(dá)的時(shí)候它會(huì)在哪里。

評(píng)價(jià)員觀點(diǎn)：

Fishman評(píng)價(jià)：Turbo GFP使用CRISPR-Cas9 self-releasing tag，內(nèi)源標(biāo)簽蛋白比外源模型更好，結(jié)果更可信，價(jià)格更低。

Photometrics >> Prime sCMOS Camera

研究者利用現(xiàn)代顯微鏡的高性能相機(jī)捕獲樣本的圖片。Photometrics的產(chǎn)品經(jīng)理Mohindra說(shuō)：“每一年這些相機(jī)都變得越來(lái)越好，接近完美。”他承認(rèn)，做到完美是很難的，但是他認(rèn)為他和同事的研發(fā)的4.2 megapixel Prime sCMOS camera做到了。在2016年初發(fā)布的這臺(tái)相機(jī)有內(nèi)置的算法，能減少快門噪音，而無(wú)需增加光強(qiáng)度導(dǎo)致樣本損傷。Mohindra說(shuō)：“你可以維持低的光度，讓細(xì)胞存活得更久，獲得更好的數(shù)據(jù)。”Prime camera將信噪比提高了3至5倍，等于讓光下調(diào)至10分之1。

Prime sCMOS camera的內(nèi)置算法還減少了研究者收集的數(shù)據(jù)總量，加快運(yùn)行和分析的次數(shù)。脫機(jī)加工時(shí)每一幀費(fèi)時(shí)30秒，如果你的相機(jī)每秒獲得100幀，那就需要50分鐘來(lái)處理1秒的有效數(shù)據(jù)。如果使用Prime camera，研究者就能馬上完成數(shù)據(jù)處理。

Photometrics Prime sSMOS camera的實(shí)時(shí)過(guò)濾和高幀速率可以捕獲更多的超像素顯微鏡數(shù)據(jù)，更好地鑒別出染色體結(jié)構(gòu)的變化。它的售價(jià)為US$15,950。

評(píng)價(jià)員觀點(diǎn)：

STR?MVIK評(píng)價(jià)：對(duì)高質(zhì)量科學(xué)成像的需求同時(shí)增加了需要處理的信息。添加field-programmable gate array-technology到相機(jī)上，似乎可行。

Thermo Fisher Scientific >> GeneArt Platinum Cas9 Nuclease

除了LentiArray CRISPR Libraries，Thermo的另一個(gè)突出的CRISPR試劑同時(shí)獲得了今年的十大創(chuàng)新產(chǎn)品——GeneArt Platinum Cas9 Nuclease。從E. coli提取的重組Streptococcus pyogenes Cas9 蛋白研發(fā)的GeneArt Platinum Cas9含有核定位信號(hào)，有助于靶細(xì)胞的核呈遞。

Thermo的基因編輯研發(fā)經(jīng)理Potter說(shuō)：“我們知道這項(xiàng)產(chǎn)品最重要的是穩(wěn)定的質(zhì)量、活性和純度，所以我們通過(guò)大量的試驗(yàn)確保提取的過(guò)程是高效的。”Potter的團(tuán)隊(duì)去年發(fā)表的文章表明GeneArt Cas9對(duì)多種細(xì)胞株的切割效率達(dá)到了85% (J Biotech, 208:44-53, 2015)。

Matthew Porteus是斯坦福大學(xué)的干細(xì)胞生物學(xué)家，他將GeneArt Platinum Cas9用于他的血液疾病活體外(ex vivo)基因編輯研究，目前使用的是小鼠細(xì)胞，已與Thermo合作進(jìn)行臨床試驗(yàn)。使用CRISPR/Cas9系統(tǒng)完成基因組編輯是高效而且具特異性的。他說(shuō)：“我們的問題在于商用的Cas9蛋白前期準(zhǔn)備，這對(duì)它們有毒性。GeneArt Platinum Cas9確實(shí)成為了金標(biāo)準(zhǔn)蛋白，我們獲得了用其他試劑達(dá)不到的效果。”

一管25?g的GeneArt Platinum Cas9 Nuclease售價(jià)US$150，客戶可以咨詢Thermo的專家，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和整個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟的咨詢。

評(píng)價(jià)員觀點(diǎn)：

WILEY評(píng)價(jià)：這個(gè)試劑無(wú)需Cas9載體表達(dá)，至少能在特定的細(xì)胞株中極大的加快傳統(tǒng)CRISPR-Cas9的工作流程。

來(lái)源：永諾生物