The Scientist揭晓2021年科研领域十大创新产品

自2008年以来，《科学家》（The Scientist）杂志每年都会向生物技术公司征集最新的科技产品，并请专业的评审小组对这些产品进行评估，以选出年度十大创新科技产品。那么 2021 年有哪些科技产品荣登榜单了呢？

今天，我们特别关注《科学家》杂志发布的 2021 年年度十大创新科技产品，希望本文能够为相关的产业人士和诸位读者带来一些启发与帮助。

十大创新技术

从 2019 年年底起，新冠疫情已经持续至今，生物医学界为此倾注了大量的心血，在不断利用原有技术了解 SARS-CoV-2 的同时，研究人员们也开发出了一些新的技术，以更好地理解 SARS-CoV-2 病毒。

而在新冠之外的领域，2021 年有许多新产品为科学研究提供了更广阔的生物学视角，比如：植入式微型显微镜，可追踪自由活动的动物的大脑活动；微流控装置，旨在重现整个生物体的生理过程；还有一些单细胞、多组学产品。

那么，下面就让我们来揭晓 2021 年年度十大创新科技产品吧！

1. Inscopix: nVue^TM系统

nVue系统对自由行为的动物大脑内的两个不同细胞群进行长时间的双色成像，使研究人员能够从环路和功能层面研究大脑，并获得新的见解，帮助开发治疗脑疾病的方法，这是世界上最大且最前沿的医疗问题。

nVue系统是一台依靠绿色和红色荧光指示剂来追踪神经细胞活动，可以在自由行为的动物上对两种不同的神经元群体进行成像的头戴式超微显微镜。该系统重2克，大约有一块乐高积木那么大，内置了数据采集和处理软件。研究人员已经在啮齿动物、鸟类和非人灵长类上使用nVue进行了实验。


图：nVue双色神经元成像

除了可以同时追踪两个神经元群体的活动外，研究人员还可以利用nVue超微显微镜，将神经元活动和血流的荧光信号进行同步观察，让研究人员可以分析大脑中的神经元活动和血流动力学之间的关系，包括毛细血管直径和红细胞流动速度。


图：nVue神经血管耦合成像

研究人员还可以利用nVue超微显微镜，将神经元活动和神经递质释放进行同步观察，让研究人员可以分析大脑中神经元活动和神经递质动力学之间的关系。


图：nVue神经细胞和神经递质成像

nVue的另一个优势是可以长时间进行深部脑成像（longitudinal deep-brain imaging），即可在多个成像过程中分析同一个细胞。相比双光子显微镜也可以同时观察两个神经元群，但双光子主要局限于大脑皮层，并且要求动物的头部固定，因此难以用于研究动物行为。

nVue系统对自由行为的动物大脑内的两个不同细胞群进行长时间的双色成像，使研究人员能够从环路和功能层面研究大脑，并获得新的见解，帮助开发治疗脑疾病的方法，这是世界上最大且最前沿的医疗问题。



Inscopix, Inc.是一家神经科学公司，旨在提供为明天的治疗解码大脑的前沿技术。Inscopix最新的双色超微成像技术nVue™系统被《科学家》杂志评为2021年度最佳创新，这是《科学家》杂志第二次将Inscopix开创性的神经科学技术视为年度创新。《科学家》在2013年的时候评选了Inscopix的nVista™ HD是为顶级创新产品。


TheScientist 2013 TOP TEN INNOVATIONS


Inscopix首席执行官库纳尔·戈什（Kunal Ghosh）博士说：“开发有助于我们理解大脑复杂性的技术，从第一天起就是Inscopix的使命，我们很荣幸再次被《科学家》认定为2021拥有其他令人敬畏的创新中最具创新性的技术。2013年和2021年的两次获奖，肯定了Inscopix在过去十年中的发展和成长，以及我们对创新的投入，推动了对大脑如何解决困扰人类的神经系统疾病的理解。除了基础生物学之外，nVue双色超微显微成像系统还可以帮助神经精神病和神经退行性疾病（如焦虑症或阿尔茨海默病）的转化研究。”


Inscopix的技术已经被学术界和制药界的基础研究人员和转化研究人员在450多个实验室中使用，这些实验室已经出版了近200份出版物，描述了许多关于大脑功能和疾病的突破性发现。通过揭示神经元之间的联系，该公司及其合作者能够深入了解治疗脑相关疾病的治疗干预的直接可操作目标。


H. Steven Wiley
太平洋西北国家实验室高级研究科学家和实验室研究员。其出版了一些最早的受体调节的计算机模型，并以开发各种定量生化和光学分析作为验证细胞过程计算模型的基础而闻名

这项创新在于它提供给了研究人员一项新的技术，即随着时间的推移跟踪自由行为动物大脑中的两种活动（神经与神经，神经与血管，神经与递质）。

2. CN Bio：PhysioMimix OOC多器官微生理系统

 
CN BIO

CN Bio 公司的 PhysioMimix 多器官系统的基础是微流控器官芯片平台，这个系统允许科研人员将多个器官芯片模型连接起来，用于疾病研究和药物开发——例如，CN Bio 公司开发了肠-肝和肺-肝模型。

每一块芯片都包含了来自某一器官的数百万个人体细胞，这些细胞可以以多孔板的形式连接起来。而且，该系统允许培养基再循环到不同的器官培养孔中，从而模拟生理条件。与动物模型实验结果相比，该系统产生的数据更能预测人类反应。

约翰·霍普金斯大学的免疫学家和生物工程师 Martin Trapecar 正在利用该系统来研究自身免疫性疾病和自身炎症性疾病对肠道和肝脏组织的影响。他说，该产品为开发再生和个性化疗法提供了一个更接近于真实情况的模型。

3. Vizgen：MERSCOPE

VIZGEN

2021 年的“十大创新科技产品”中有两个是空间基因组学工具，其中之一就是 Vizgen 公司开发的 MERSCOPE。该产品可用于进行多重抗误差矫正荧光原位杂交（MERFISH）实验，检测完整组织中数百个基因的 RNA 转录，并以亚细胞分辨率返回成像和表达数据。

Vizgen 公司的联合创始人兼技术与合作伙伴关系主管 George Emanuel 说，该产品是作为“一种新的研究工具开发的，它为人们提供了一种前所未有的生物视角。你可以精确地知道每一个转录本的位置，精确到 100 纳米。”

索尔克生物研究所的 Pallav Kosuri 正在使用 MERSCOPE 对心脏组织进行成像，他表示，虽然样品制备很费时，但分析完全可由 MERSCOPE 自动化完成。

4. Emulate：脑芯片

EMULATE INC.

生物技术公司 Emulate 拥有长达十年的器官芯片模型开发历史，近年来该公司致力于创建一个可以精确模拟血脑屏障（BBB）及其两侧结构的模型。

“这是我们最复杂、最前卫的芯片，因为它不仅有内皮细胞，还有星形胶质细胞、周细胞、小胶质细胞和神经元。”Emulate 公司的科学执行副总裁 Lorna Ewart 说。

该脑芯片于 2020 年 12 月发布，由两个嵌入可伸缩橡皮管聚合体的通道组成。一个通道由干细胞衍生的内皮细胞排列，代表血管壁，另一个通道则由神经元和胶质细胞排列。在芯片的中间，两个通道相互接触。当液体通过“血管”通道时，科学家们可以研究分子如何相互作用，并移动到另一个通道——有效地穿越 BBB——以及它们如何影响那里的结构。

5. Q Bio：Gemini和Mark I

Q BIO

Q Bio 公司于 2021 年 4 月推出的 Gemini 平台和 Mark I 扫描仪，可以比以往医疗保健所使用的方法更全面地监测患者的健康。

Mark I 原型机利用磁共振成像（MRI），扫描患者坐着、站着或躺下时的整个身体，这种成像不像X射线、计算机断层扫描（CT）或正电子发射断层扫描（PET）那样，可以在没有辐射的情况下生成高质量的图像。

与传统的全身扫描相比，Mark I 扫描更为快速，只需要大约 15 分钟。这些成像信息会连同患者的医疗记录、遗传学数据以及采集的血液、尿液、唾液和生命体征信息，一并上传到 Gemini 平台。

把所有这些数据放在一起，这个平台就创造了一个患者的解剖结构、生命体征和身体化学的“数字孪生体”。

6. 10× Genomics：Chromium X

10X GENOMICS

Chromium X 是 10× Genomics 公司最新的单细胞分析仪器。用户先在悬浮液中加入细胞，然后向微流控芯片中加入试剂和分离油，再放入台式仪器。

随后，仪器会产生凝胶珠（GEMs），每个 GEM 中都包含一个细胞、一个条形码凝胶珠和一份试剂，可以用于测序并进行 10× Genomics 公司提供的分析，包括基因表达分析、表观遗传学分析和免疫细胞分析。

Chromium X 是对以前产品的改进，它的灵活性得到了大幅度的提高，既可用于数百个细胞的低通量分析，也可用于高达 100 万个细胞的高通量分析。

7. The Native Antigen：SARS-CoV-2中和检测开发试剂盒

THE NATIVE ANTIGEN COMPANY

2021 年春天，The Native Antigen 公司开发出了一种冠状病毒中和试剂盒，该试剂盒可以测定血清样本中与病毒结合的抗体的水平。

该公司的商业主管 Andrew Lane 解释说，这项检测使用了合成的 SARS-CoV-2 棘突蛋白受体结合域及其靶点哺乳动物 ACE-2 受体，并将它们与基于 ELISA 的平台结合，通过颜色变化来量化抗体的中和能力。

他补充说，研究人员可以利用这个工具来研究患者对感染的反应，以及研究疫苗的有效性等。

根据 Lane 的说法，这种试剂盒不需要活病毒，而且与使用良性、工程病毒（俗称假病毒）的方法相比速度更快。第一个试剂盒于 2021 年 4 月推出，目前该公司已对五种病毒变体进行了检验。

8. Mission Bio：Tapestri单细胞多组学分析平台

MISSION BIO

Mission Bio 公司的 Tapestri 单细胞多组学分析平台于 2020 年 10 月推出，是一种单细胞分析方法，允许用户同时分析 DNA 序列和蛋白质组学信息，这是对传统装置的一种创新，传统装置需要单独的系统来分析核酸和蛋白质，因此在单细胞水平上不能相互关联。

而 Tapestri 单细胞多组学分析平台可以在一个集成工作流程中同时对 DNA 和蛋白质进行分析，并且一次可以分析多达 1 万个细胞。

Tapestri 仪器首先使用微流控技术在液滴中捕捉单个细胞，该液滴中既含有 DNA 测序试剂，也含有标记细胞表面蛋白质的抗体，还有条形码珠。然后使用下一代测序法对 DNA 进行测序，并对细胞表面蛋白质进行表征。

9. Cardea Bio：CRISPR SNP芯片

CARDEABIO

Cardea Bio 公司的 CRISPR SNP 芯片，是第一个不需要生成数百万份 DNA 拷贝，就可以检测 DNA 单碱基差异的设备。

该芯片是 Cardea 公司最新的生物处理单元，即 BPU（类似于计算机技术基础上的 CPU），也是该公司最新的 CRISPR-Chip。Keck研究生院生物医学工程师兼 Cardea 公司的首席科学官 Kiana Aran 说，这个芯片已可用于快速、无扩增地检测疾病相关序列变异和转基因插入等。

她解释说，这两个版本都是由连接到石墨烯晶体管的 CRISPR-Cas 系统组成的。当 Cas 酶的引导 RNA 与正确的序列结合时，它将 DNA 拉近晶体管。因为 DNA 是带负电的，这会在半导体石墨烯中产生一个可以数字读取的电子信号。

Aran 指出，要赋予芯片检测单核苷酸多态性（SNP）的能力，需要用更敏感的版本替换 Cas 酶，并升级数据分析。这一芯片最直接的用途是医疗或农业目的的基因编辑的质量控制。

10. Resolve Biosciences: Molecular Cartography单细胞空间分析服务

图.成年斑马鱼脑组织的亚细胞分辨率基因表达情况。
NORWEGIAN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY AND RESOLVE BIOSCIENCES
Resolve Biosciences 公司的 Molecular Cartography 单细胞空间分析服务是今年“十大创新科技产品”中的第二个空间基因组学工具，它提供了荧光原位杂交（FISH）技术来创建高分辨率图像，亚细胞水平显示基因的表达。

公司首席执行官兼联合创始人 Jason Gammack 说：“我们几乎可以分析切片上的任何组织”，该平台可以同时分析 24 个样本。

未来，Resolve Biosciences 公司计划让研究人员自行操作整个 Molecular Cartography平台。 Gammack 说，Resolve Biosciences 公司还将扩展其他类型的分子成像，下一步是用蛋白质成像。“我们现在正在积极发展这种化学反应。”

原文网址：
https://www.the-scientist.com/features/2021-top-10-innovations-69438