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，也許你錯過了。為了不讓大家錯過每一項創(chuàng)新產(chǎn)品和技術(shù)，The Scientist近日評選出了對科研和醫(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，有望為基礎(chǔ)生物學(xué)、藥物研發(fā)和臨床實驗領(lǐng)域帶來更多新發(fā)現(xiàn)。遺傳學(xué)家們可能會陶醉于一臺單分子長讀長的測序新平臺，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。

從單細胞Western blotting機器，到簡化質(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)進步的頒獎禮。

ProteinSimple >> Milo

Milo由加州大學(xué)的Amy Herr實驗室研發(fā)，是一部單細胞Western blotting臺式機器，研究者可以一次性在約1,000個單細胞找到特定的蛋白，他只需用移液槍加一滴細胞液到1x3英寸的玻片上，玻片上覆蓋有30 um厚、點有6,400個微孔的凝膠層。細胞加到凝膠后，約有1,000個孔能夠收集到單獨的細胞，用于分析。然后實驗人員加試劑，化學(xué)裂解細胞，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的市場總監(jiān)說：“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的具體價格，只表明它與一部臺式流式細胞儀的價格差不多。

評價員觀點：

Unger評價：價格降下來的話，Milo可以用于蛋白的高效檢測，并得到單個細胞的應(yīng)答信息，這是現(xiàn)今很重要的一個探究領(lǐng)域。

Fishman評價：這是讓已有的技術(shù)價格更低，所占空間更小的一個例子，同時還節(jié)約了研究者檢測細胞樣本中蛋白表達異質(zhì)性的時間。

Organovo >> ExVive Human Kidney Tissue

藥物開發(fā)的一個關(guān)鍵是檢測藥物是否會損害腎臟，但現(xiàn)有的細胞培養(yǎng)和動物模型只能近似于人類的腎臟。來自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試方法。

目前，很少有臨床前測試可以確定一個藥物對人體是否有毒，投資臨床測試對研發(fā)商來說是一項風(fēng)險，如果在早期發(fā)現(xiàn)腎毒性，就能讓風(fēng)險降低，更重要的是知道你在做的事對將要進行臨床實驗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，但放進打印機不是聚合物珠子，而是小的細胞聚體。這個腎組織復(fù)制品還可應(yīng)用于毒理學(xué)意外的領(lǐng)域，作為一個腎組織實驗平臺。

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

評價員觀點：

Unger評價：用一個這么創(chuàng)新且大膽的方法，復(fù)制形態(tài)和功能都有的腎組織，這項產(chǎn)品遠優(yōu)于傳統(tǒng)的細胞培養(yǎng)法，具備了組織水平的預(yù)測能力。

Fishman評價：這項技術(shù)可替代臨床前動物試驗，減低我們對實驗動物檢測新化合物的依賴性，有望更好地模擬人類腎臟生物學(xué)、檢測新藥物的腎毒性，給藥物研發(fā)帶來一場變革。

Pacific Biosciences >> The Sequel System

Pacific Biosciences最新推出的單分子實時(SMRT)測序儀Sequel System比它家原始的長讀長測序儀尺寸和重量至少小了1/3，價格減少了一半。

Sequel在去年秋天推出，與稱為PacBio RS II的老SMRT測序儀有著相同的長讀長和單分子分辨率，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在過去的6年將SMRT技術(shù)應(yīng)用于多個實驗，包括人類基因組從頭測序，他說：“它能靈活應(yīng)用于研發(fā)和生產(chǎn)測序，基本上沒有系統(tǒng)誤差，做到了高質(zhì)量測序數(shù)據(jù)與長讀長融合，幫助發(fā)現(xiàn)新的基因組特征?！?/span>

Jonas Korlach，SMRT測序的發(fā)明人之一，說Sequel特別適用于宏基因組和傳染病研究，最近用于韓國個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測序作為主體技術(shù)。

PacBio測序儀在價格表上為US$350,000，將惠及更多的實驗室。

評價員觀點：

Str?mvik評價：雖然小的實驗室很難負擔(dān)，但是高通量、長讀長測序儀是任何團隊研究大型和復(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。這項設(shè)備上有48個孔，每個都有4個單獨可控的LED，能閃爍不同波長的光：藍、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、操縱和測量各種細胞。

遺傳學(xué)家David Goldstein已準備利用Lumos在他哥倫比亞大學(xué)的實驗室里研究癲癇突變神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的行為，他說：“我們已經(jīng)花了很長時間找一個精準的癲癇藥物環(huán)境，用于體外配培養(yǎng)基模型中，同時有足夠高的通量可以篩選化合物?！?/span>

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，這樣實驗者從它們的行為中獲得的信息數(shù)量就會變少。為了獲得更多的復(fù)雜行為，揭示突變帶來的影響，研究者想要在檢測應(yīng)答的時候優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)里的活動，而Lumos有望幫助研究者達到這個效果。

Lumos價格為US$26,000。

評價員觀點：

Unger評價：這個在多孔培養(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)的首臺大范圍的實用的儀器。

Thermo Fisher Scientific >> LentiArray CRISPR Libraries

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

來自美國西北大學(xué)的Simone Sredni正研究橫紋肌樣瘤(rhabdoid tumor)。她參與了這文庫的優(yōu)化測試，篩選患者腫瘤細胞中突變的160種激酶的作用，找出其中影響細胞增殖和生長的激酶。她在3個月后得到了原始數(shù)據(jù)，有幾種酶的損傷確實使生長變慢。她說，這真的很快。她花費了一年多一點的時間，做到了體內(nèi)動物模型這一步，檢測抑制這幾種酶之后的效果。她認為沒有這個篩選實驗的話，她無法找到這幾種酶。

這個文庫有不同的款?？蛻艨梢赃x擇19個不同的基因集，定制化芯片，或者進行約18,000個基因的篩選。Thermo的合成生物學(xué)研發(fā)總監(jiān)說：這不僅是市面上最高效的篩選技術(shù)，還為我們各種實驗提供了更多選擇。

Sredni認為，一個文庫US$10,000起步有點貴，但是對實驗室進行高通量篩選來說還是值得的。

評價員觀點：

Str?mvik評價：任何將CPISPR運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)：一臺能計算與靶分子結(jié)合的彩色條碼的自動顯微鏡，目的是讓量化mRNA和DNA序列、蛋白計數(shù)的技術(shù)更成熟。今年，NanoString達到了這個目的，發(fā)布了nCounter Vantage 3D Panels。

Vantag試驗擴展到能數(shù)字計數(shù)mRNA、DNA、蛋白，甚至同時檢測蛋白的磷酸化情況。4月份，NanoString發(fā)布了首個Vantag試驗，用于數(shù)字計數(shù)肺癌白血病樣本的RNA、實體瘤生物學(xué)和免疫細胞信號通路相關(guān)蛋白，以及DNA的單個核酸突變。

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)用于安德森個性化癌癥治療研究所。他說：“有很多平臺可以用于人類樣本檢測，但是它們中沒有誰具有nCounter Vantage system的魯棒性、易用性和同時處理DNA、RNA和蛋白的能力?！?/span>

nCounter analysis system價格范圍為US$149,000~$280,000，而nCounter Vantage 3D Panels每個樣本的運行價格為US$275或以上。在不久的將來，NanoString 和Mills的實驗室計劃開展新的Vantage panels，添加單細胞范圍的分子組成空間定向檢測維度。

評價員觀點：

Wiley評價：這項產(chǎn)品可能是同時檢測一個小樣本中的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，擴大了質(zhì)譜儀能掌握的樣本范圍。這個小盒子，不到1英尺長，直接搭載到質(zhì)譜儀，能在一個顯微鏡玻片大小的微流控芯片上處理樣本。

一般來說，準備質(zhì)譜樣本十分耗時，且容易出錯。ZipChip減少了這種情況的發(fā)生。ZipChip的創(chuàng)造者Petty說：“有了這個前端，我們可以幾乎不用怎么處理樣本就進行分析，即使含有鹽、去垢劑或其他基質(zhì)。ZipChip利用毛細管電泳能在2~3分鐘內(nèi)分離樣本組分，而液相色譜柱起碼需要1個小時。這個設(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?！边@個設(shè)備售價US$30,000，自動進樣器另外需要US$20,000。

Michael Pacold在紐約大學(xué)研究代謝組學(xué)，他說實驗室里有一臺ZipChip能讓他的課題范圍更廣闊，因為他能從更多的資源中更快地獲得數(shù)據(jù)。“很多臨床實驗?zāi)阒荒軓膸炖锬玫綆准{升的血漿，沒有像ZipChip這樣的設(shè)備，無法完成這些實驗?！?/span>

評價員觀點：

Platt評價：毛細管電泳，分離樣品，只需一點樣本就能直接快速完成質(zhì)譜，費用可能更低，減少樣本準備時間還能提高實驗的準確性。

Horizon Discovery >> Turbo GFP Tagged HAP1 Cells

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

Horizon的細胞株產(chǎn)品經(jīng)理說，使用這些細胞而不用抗體標(biāo)記的其中一個主要原因就是簡便。你不需要像使用抗體那樣進行篩選和優(yōu)化，你可以看到這些細胞活著的動態(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)圖集計劃(Human Protein Atlas project)工作的細胞。她負責(zé)使用共聚焦顯微鏡進行蛋白亞細胞定位，她說過表達有時會導(dǎo)致人工蛋白或蛋白的錯誤定位。而這些細胞產(chǎn)品的好處就是知道標(biāo)簽在哪里，且內(nèi)源表達的時候它會在哪里。

評價員觀點：

Fishman評價：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，價格更低。

Photometrics >> Prime sCMOS Camera

研究者利用現(xiàn)代顯微鏡的高性能相機捕獲樣本的圖片。Photometrics的產(chǎn)品經(jīng)理Mohindra說：“每一年這些相機都變得越來越好，接近完美?！彼姓J，做到完美是很難的，但是他認為他和同事的研發(fā)的4.2 megapixel Prime sCMOS camera做到了。在2016年初發(fā)布的這臺相機有內(nèi)置的算法，能減少快門噪音，而無需增加光強度導(dǎo)致樣本損傷。Mohindra說：“你可以維持低的光度，讓細胞存活得更久，獲得更好的數(shù)據(jù)?！盤rime 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，加快運行和分析的次數(shù)。脫機加工時每一幀費時30秒，如果你的相機每秒獲得100幀，那就需要50分鐘來處理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的實時過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。它的售價為US$15,950。

評價員觀點：

STR?MVIK評價：對高質(zhì)量科學(xué)成像的需求同時增加了需要處理的信息。添加field-programmable gate array-technology到相機上，似乎可行。

Thermo Fisher Scientific >> GeneArt Platinum Cas9 Nuclease

除了LentiArray CRISPR Libraries，Thermo的另一個突出的CRISPR試劑同時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，有助于靶細胞的核呈遞。

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

Matthew Porteus是斯坦福大學(xué)的干細胞生物學(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胞，已與Thermo合作進行臨床試驗。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：“我們的問題在于商用的Cas9蛋白前期準備，這對它們有毒性。GeneArt Platinum Cas9確實成為了金標(biāo)準蛋白，我們獲得了用其他試劑達不到的效果?！?/span>

一管25?g的GeneArt Platinum Cas9 Nuclease售價US$150，客戶可以咨詢Thermo的專家，進行實驗設(shè)計和整個實驗步驟的咨詢。

評價員觀點：

WILEY評價：這個試劑無需Cas9載體表達，至少能在特定的細胞株中極大的加快傳統(tǒng)CRISPR-Cas9的工作流程。

來源：永諾生物