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隨著新冠病毒的大流行進入第三個年頭，生物醫學界繼續專注於疾病的診斷和治療。《科學家(TheScientist)》雜誌評選出了2021年十大創新科技產品，其中有幾個產品可以幫助研究人員更好地瞭解新冠病毒感染的生物學作用。下面我們就來看看這十大創新科技產品都有哪些吧！
nVueTM系統的重量只有2克，大約一塊樂高積木那麼大。這種“微型雙光子顯微鏡”依靠針對神經元的紅綠色熒光指示劑來追蹤鈣離子流入，進而追蹤動物中兩種不同神經元的活動。到目前為止，研究人員已將nVueTM系統安裝在齧齒動物、鳥類和猴子頭上。
nVueTM系統還可以進行縱向深部腦成像，可以在多個成像中分析相同的細胞。雙光子顯微鏡還可以同時對兩個神經元群進行成像，但它只侷限於大腦皮層，並且動物會受到頭部的約束，因此在行為學研究方面有侷限性。
除了基礎生物學之外，雙光子顯微鏡還可以幫助進行精神疾病和神經退行性疾病的轉化研究，例如焦慮症或阿爾茨海默病。瑞士巴塞爾大學的神經學家Kelly Tan使用nVueTM系統研究帕金森病小鼠模型中神經元群體之間的交流。
除了跟蹤兩種神經元外，研究人員還可以將來自神經元中鈣流入和血液中血漿的熒光訊號進行並置，從而可以分析大腦中神經元的活動和血管動力學之間的關係。
Inscopix公司尚未提供該系統的明確價格，解釋說價格因地區不同而存在差異。
CN Bio公司透過與國防高階研究計劃局(DARPA)和麻省理工學院合作，經過約10年的研發，於2021年3月釋出了PhysioMimix OOC多器官微生理系統。PhysioMimix OOC多器官微生理系統由微流控晶片器官平臺支撐，幫助科學家連線單個器官晶片模型進行疾病的研究和藥物開發，例如已經研發成功的肝臟模型、腸道模型及肺模型。
每個晶片包含數以百萬計的器官特異性人體細胞，這些細胞可以以多孔板形式連線。該系統透過讓培養基再迴圈到不同器官的培養隔間來模擬器官生存的條件，該產品旨在為製藥行業的研究人員提供更準確的與人類相關的資訊。
約翰霍普金斯大學免疫學家Martin Trapecar在他的實驗室中使用該系統來研究自身免疫和自身炎症性疾病對腸道和肝臟組織的影響。他認為該產品為開發再生和個性化療法提供了一個理想的模型，並且能夠讓研究人員對組織-組織和組織-免疫的相互作用如何影響整個系統的行為有非常深入的瞭解。
CN Bio公司尚未透露該系統的價格。
Vizgen公司的MERSCOPETM是一種空間基因組學工具，也是目前唯一可以購買的單細胞空間基因組學儀器。該平臺旨在分析多重抗錯熒光原位雜交實驗 (MERFISH)，可檢測完整組織中數百個基因的RNA轉錄本，並以亞細胞解析度返回成像和資料結果。
該產品作為一種新型研究工具，可以讓人們以前所未有的視角瞭解生物系統，讓研究人員準確地知道每個轉錄本的位置，精度為100奈米。
Salk研究所的研究員Pallav Kosuri正在使用MERSCOPETM進行詳細的心臟組織成像，雖然樣品製備起來很費力，但MERSCOPETM可以進行完全自動化分析。
MERSCOPETM自動化儀器以及執行MERFISH實驗所需的資料視覺化軟體和其他基礎裝置需要花費30萬美元，而基因的試劑和探針則需要額外付費。
人體內血腦屏障的存在對開發針對大腦的藥物提出了挑戰，血腦屏障可以阻止有害的毒素或其他分子損害大腦，但它們也阻止了很多治療性藥物的透過。擁有十年器官晶片模型開發經驗的生物技術公司Emulate建立了一個可以準確模擬血腦屏障及其兩側結構的模型。
Brain-Chip (大腦晶片)於2020年12月釋出，由嵌入柔性橡膠聚合物的兩個通道組成。一個通道排列著幹細胞源性內皮細胞，代表血管，另一個通道排列著神經元和神經膠質，代表大腦。在晶片的中間部分，這兩個通道進行接觸。隨著液體透過“血管”，科學家們可以研究分子如何從“血管”移動到“大腦”，即分子如何有效地穿過血腦屏障。
大腦晶片可以模擬健康和不健康的神經狀態。美國洛杉磯西達賽奈的發育生物學家Michael Workman及其同事一直在將患者的幹細胞在大腦晶片上建立神經退行性疾病模型，例如帕金森病。他們對這種精準醫療方法非常感興趣，並將這些微流控晶片視為推動這一目標的一種方式。
Emulate公司尚未提供大腦晶片的價格，因為它取決於使用者的要求。
為了更全面地監測患者健康，Q Bio公司於2021年4月推出了Gemini平臺和Mark I掃描器。Mark I使用磁共振成像(MRI)掃描患者坐、站或躺的整個身體，MRI與X射線、CT或正電子發射斷層掃描(PET)不同，可建立無輻射的高質量影象。使用Mark I進行掃描只需大約15分鐘，而傳統的全身掃描可能需要一個多小時。
除了影像資訊外，患者的醫療記錄、遺傳資料以及採集的血液、尿液、唾液和生命體徵等結果會一起上傳到Gemini平臺。該平臺將所有這些資料放在一起，建立患者的“數字孿生”。
透過對這些資料進行分類，可以比較隨時間變化的微小變化，並且數字孿生模型可以在患者出現問題前進行預測。目前，患者每年的會員費用為3,495美元，包括掃描和醫療諮詢。
比佛利山精密醫學研究所首席醫學和科學官William Stanford說，他們的目標是在醫療保健方面帶來翻天覆地的變化，並補充說數字孿生是完美的輔助。
他指出，這種方法可能有點麻煩，因為他的病人必須從洛杉磯飛到加利福尼亞北部，然後開車到Q Bio公司的進行掃描，來回需要約8小時。所有結果會在兩週後返回，並可以傳送給患者的主治醫生。
Chromium X是10x Genomics公司最新的單細胞分析儀。
使用者在懸浮液中加入細胞，並將試劑和分配油新增到微流控晶片中，然後啟動儀器，會產生液滴/凝膠株乳液(GEM)，每個GEM都包含一個細胞、一個凝膠珠和一種試劑，可以對細胞進行基因表達分析、表觀遺傳分析和免疫細胞分析。每個GEM都帶有一個唯一的條形碼，允許使用者將結果對應至每個單元格。
Chromium X是10x Genomics公司一系列產品中的最新產品。2019 年，該公司的單細胞、基於液滴的測序系統進入了本榜單的前10，2020年，該公司的鉻單細胞多組ATAC+基因表達測定法也進入了前10。而Chromium X具有可擴充套件性，既可用於具有數百個細胞的低通量分析，也可用於具有多達一百萬個細胞的高通量分析。
加州理工學院單細胞分析和工程中心主任Sisi Chen指出，Chromium X的高通量能力對她的研究至關重要。她使用2021年7月推出的Chromium X來探索治療性化合物如何影響人體免疫系統，她能夠同時刺激100萬個免疫細胞，每個免疫細胞使用多達100種不同療法，並跟蹤細胞對不同療法的反應。
在美國，Chromium X的售價為10萬美元。透過高通量檢測，使用者可以將每次執行的成本降低到每個細胞2美分。
2021年春天，Native Antigen公司開發了一種冠狀病毒中和檢測方法，以確定血清樣本中病毒的中和抗體水平。
該測定使用合成版本的冠狀病毒刺突蛋白受體結合域及其靶標哺乳動物的ACE-2受體，並將它們與基於ELISA的平臺配對，該平臺透過顏色變化量化抗體的中和能力。
研究人員可以使用這個工具來探測患者對感染的反應，並研究新冠疫苗的功效。
該試劑盒不需要活病毒，並且與其他方法相比速度更快。自2021年4月釋出第一個試劑盒以來，該公司已經生產了五種新冠病毒變體的檢測方法。每個試劑盒能夠分析960個樣本，成本為2,728美元。
Mission Bio公司的Tapestri單細胞多組學解決方案於2020年10月推出，是一種單細胞分析過程，使使用者能夠同時分析DNA序列和蛋白質組學資訊。Mission Bio公司的Tapestri精密基因組學平臺在2018年的榜單中獲得一席之地，並且是第一款用於單細胞DNA測序樣品製備的高通量儀器。
藉助Tapestri單細胞多組學解決方案，DNA和蛋白質的檢測結合在整合工作流程中，一次可以分析多達1萬個細胞。Tapestri儀器使用微流體以液滴形式捕獲單個細胞，液滴中包含用於DNA測序的試劑和用於標記細胞表面蛋白的抗體，以及條形碼凝膠珠。然後使用下一代測序對DNA進行測序，並對細胞的表面蛋白進行表徵。
比利時VIB-KU Leuven癌症生物學中心的分子生物學家Jan Cools使用Tapestri平臺研究急性淋巴細胞白血病的突變。他現在正計劃使用Mission Bio公司的Tapestri單細胞多組學解決方案來獲取有關細胞表面標誌物的更多資訊，他說這種設定對於研究不同型別的血液病，如急性髓性白血病，特別有用。
但Mission Bio公司尚未透露該平臺的使用成本。
Cardea Bio公司的CRISPR-SNP晶片是第一個能夠檢測DNA中單鹼基差異的裝置，且無需先生成數百萬個DNA複製。意味著研究人員可以在不需要DNA實驗室的情況下進行DNA測試。
Cardea Bio公司最新的生物處理單元，BPU(類似於計算機的CPU)，是該公司CRISPR-Chip的更新版本，可以快速、無擴增地檢測大量的、疾病相關的序列變體和轉基因插入及其他應用。
Keck研究生院生物醫學工程師兼Cardea公司首席科學官Kiana Aran解釋說，這兩個版本都由連線到石墨烯電晶體的 CRISPR-Cas系統組成。當Cas酶引導RNA與正確的序列結合時，它會將 DNA 拉近電晶體。由於DNA帶負電荷，這會在半導體石墨烯中產生可以數字讀取的電子訊號。
Aran指出，賦予晶片檢測單核苷酸多型性(SNP)的能力涉及用更敏感的版本替換Cas酶並升級資料分析系統。在4月份的一篇論文中，該團隊展示了更新後晶片檢測SNP的能力，這些SNP是鐮狀細胞性貧血和肌萎縮側索硬化症的病變基礎。
有興趣使用這些晶片的人可以申請成為Cardea的合作伙伴。雖然確切的成本取決於應用程式，但每個晶片的價格已從幾年前的數千美元降至數十美元。
空間生物學解決了細胞在組織環境中的功能，雖然單細胞測序方法在該領域取得了許多進展，但它們無法提供亞細胞尺度的3D資料，並且可能會破壞組織樣本。
Resolve Biosciences公司的Molecular Cartography單細胞空間分析服務是今年前十名中的第二個空間基因組學工具，它透過熒光原位雜交(FISH)來建立基因表達的高解析度影象——低至亞細胞水平。
2021年6月2日，Resolve Biosciences公司在北美和歐洲推出了郵寄服務，可檢測完整組織內的單個RNA轉錄本。該平臺可以同時分析24個樣本，成本取決於專案規格，但大多數客戶可以生成約4,000歐元的樣本資料。
研究人員會在大約四周內收到一份關於他們選擇的基因的報告和資料，該平臺讓研究人員可以視覺化100個基因，顧問還可以幫助研究人員分析資料。
VIB-KU Leuven癌症生物學中心的Jean-Christophe Marine透過他所在機構的一項倡議使用了這項服務，這項服務價格合理，由於無法郵寄人類樣本，他的團隊只能分析小鼠樣本。
未來，Resolve Biosciences公司計劃讓Molecular CartographyTM平臺供研究人員自行操作。
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https://www.the-scientist.com/features/2021-top-10-innovations-69438
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