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《麻省理工科技评论》从2001年开始，每年都会公布“10大突破技术”，即TR10（Technology Review 10），并预测其大规模商业化的潜力，以及对人类生活和社会的重大影响。
这些技术代表了当前世界科技的发展前沿和未来发展方向，集中反映了近年来世界科技发展的新特点和新趋势，将引领面向未来的研究方向。其中许多技术已经走向市场，主导着产业技术的发展，极大地推动了经济社会发展和科技创新。
正如《麻省理工科技评论》主编JasonPontin所说，突破性技术的定义非常简单，那就是能够给人们带来高质量运用科技的解决方案。有些技术是工程师们天才创意的结晶；而有的则是科学家们对长期困扰他们的问题所采取的诸多尝试的集大成者（比如深度学习）。评选“10大突破技术”的目的不仅仅是向人们展示新创新成果，同时也是为了强调是人类的聪明才智促生了这些创新技术。
因此动脉网将为你筛选从2012年~2016年的医学领域的科技突破。由于技术更迭快，因此只梳理最近5年之内的。鉴于文章篇幅太长，将分为上下两篇，在《麻省理工科技评论评选的14大医疗领域突破科技（上）》中我们已经介绍七种近五年医学领域的科技突破，本文为下篇。这些技术是为解决问题而生，将会极大地扩展人类的潜能，也有可能改变世界的面貌，值得在未来给予特别关注。
8.神经形态芯片（2014）
神经形态芯片可以直接模拟大脑的行为
配置了微处理器的芯片比传统芯片更像大脑，它模拟了人脑工作的状态
成熟期：还未有重大突破
突破点：电脑芯片的一种替代设计，能够实时模拟大脑处理信息的过程，有助于科学家们制造出能同周围环境实时交互的认知系统，促进人工智能技术发展
重要性：传统芯片已经达到性能极限。
该领域主要参与者：高通（Qualcomm），IBM，HRL实验室（HRL Laboratories），人类脑计划（Human Brain Project）
神经形态芯片的概念，要回溯到几十年前。1990 年，加州理工学院名誉教授 Carver Mead 在一篇论文中给出了它的定义。不过，自从高通开发了一个叫做“先锋”的机器人开始，才被熟知。先锋机器人使用的只是一个智能手机芯片，它模拟了人脑工作的状态，运行了特制的软件而已，它能识别此前未见过的物体，根据相关物体的相似性来分类，将不同的物品放在房间的正确位置。
人脑有几十亿神经元、几千亿个突触，可以同步处理视觉、音频等信号，神经形态芯片在芯片中模拟人脑同步处理多种数据的能力。根据图像、声音或其他信号的变化，神经元可以改变与其他神经元之间的联系。所以说，这些神经形态芯片模拟的是人脑的神经网络，可以实现人脑的部分功能。它们实现了人工智能领域需要几十年才能完成的任务，让机器可以像人一样理解世界、与世界互动。
一些大学和研究机构也在试图实现这些功能，比如说 IBM 实验室和 HRL 实验室。这两家已经花了 1 亿美元来为美国国防部高级研究项目局研发神经形态芯片。此外，欧洲人脑项目联合海德堡大学和曼彻斯特大学的研究者也花了 1 亿欧元来研究神经形态项目。根据 IBM 实验室的研究员 Dharmendra Modha 的描述，这种芯片可以让盲人通过视觉和音频传感器来识别物体，提供音频提示；健康监测系统可以检测生命体征，及早发现潜在的风险，为病人提供个性化的治疗手段。医疗传感器和设备可以追踪病人的生命体征，根据时间采取医疗对策，学会调整药量，甚至可以及早发现病情。
在成本上，高通公司希望产品设计实用性大于性能表现。这也就意味着高通的神经形态芯片依旧是在数字芯片上开发的，这样做比研发模拟芯片更简单，生产更容易。模拟芯片要完成的模拟大脑，而高通的芯片模拟的是大脑的行为。比如，神经形态芯片编程、传输数据的方式模拟大脑处理感官数据处理时的电子脉冲。多年来，科学家们一直在尝试进一步探究神经形态的电路架构，其中的难点就在于如何处理神经元和硅之间的重叠部分——突触以及逻辑门，甚至采用石墨烯等特殊材料来解决这一问题，产品离完全商用还需要时日。
9.微型3D打印（2014）
微型3D打印的目标是打印出生物组织
用不同类型材料打印生物零件，大大扩展了打印范围
成熟期：尚不成熟
突破点： 使用多种材料来打印东西，例如用生物组织打印血管
重要性：促进人造器官和新颖的半机器零件产生
该领域主要参与者：Jennifer Lewis（哈佛大学），Michael McAlpine（普林斯顿大学），Keith Martin（剑桥大学）
3D 打印概念现在看来已经很普通，而且打印的材料也仅限于塑料或者合成金属等常见材料，但是如果能够打印细胞、半导体或者其他生物组织，应用宽度又不一样了。
哈佛大学的材料科学家 Jennifer Lewis 是这个行业的领头羊，研究微型3D打印的机制和方法，将物体的功能和形状有效结合在一起。Lewis 和她的学生向外界展示了他们的技术可以打印极小的电极以及微小锂离子电池需要的组件，还可以打印运动员用的塑料贴片，上面包含了多种传感器，可以检测脑震荡，测量其危害程度。令人震撼的是，她的团队打印出了包含复杂血管的生物组织。为了完成这一目标，需要研制出多种类型的细胞“墨水”，以及支撑组织矩阵的基质材料。该技术成功解决了制造用于药物临床测试或人体器官移植的人工组织的一大难题：如何让血管系统中的细胞存活下来。
普林斯顿大学的研究团队成功地打印出了仿生耳朵，结合了生物组织和电子部件；剑桥大学的研究者也打印出了用视网膜细胞组成的复杂眼球组织。那么，到底能够打印多么微小的生物组织呢？Lewis 团队安装了一台配有显微镜的3-D打印机，可以精确打印尺寸小至1微米的结构（人体红细胞约10 微米），这对材料要求也提出挑战，比如细胞在被迫通过印刷喷嘴时是脆弱的并且容易被破坏。 她创造的秘密在于具有允许它们在相同的制造过程中都能被“墨水”打印，每种“墨水”都是不同的材料，但是它们都可以在室温下印刷，而且在压力下从喷嘴喷出时，始终能保持一定形状，有点类似挤牙膏。
在还没有加入哈佛大学之前，Lewis 在伊利诺伊大学研究 3D 打印技术就已经超过 10 年了，她曾经用过陶瓷、金属纳米颗粒、聚合物以及其他非生物材料。能在 3D 打印的人体组织中加入血管是制造人造器官的重要一步。不过很显然，跟细胞打交道真的很复杂，我们离3D打印出功能正常的肝脏或者肾脏，还相距甚远。
10.液体活检（2015）
液体活检测可以帮助某些癌症的早期筛选
快速的DNA测序，应用于癌症的简单血液测试
成熟期：广泛应用
突破点：血液测试发现早期癌症
重要性：癌症每年在世界各地杀死大约800万人
该领域主要参与者：香港中文大学卢煜明、Illumina、约翰·霍普金斯伯特·沃格尔斯坦（Bert Vogelstein）
卢煜明教授是与无创产前诊断联系在一起的，早在1997年，他的研究小组发现孕妇血浆中存在游离的胎儿DNA，后来直接产生了简单的唐氏综合症检测方法。不仅如此，卢教授正在与世界各地的实验室以及医疗机构竞争，比如约翰·霍普金斯大学，开发基于简单血液检测的癌症（比如患病最多的肺癌，40％的中国肺癌患者在一个基因突变EGFR，这将使他们有机会获得新的靶向药物）筛查技术，即液体活检。
虽然目前通过DNA检测预测患癌的风险成本依然很高，但随着测序技术的不断发展，能够快速解码数百万在血液中松散的DNA短片段，通过与人类基因组的参考图谱进行比较，癌症早期筛查将会变得更加简单、便宜、应用范围更加广泛。液体活检的商业利益最近也呈爆炸式的增长。测序巨头Illumina的CEO Jay Flatley表示，液体活检的市场规模至少达400亿美元。他说这项技术可能是癌症诊断领域最激动人心的突破，并表示Illumina将开始向研究人员提供液体活检试剂盒，帮助寻找癌症的早期症状。
此外，除了用于癌症筛查（目前并不通用于任何癌症），液体活检还可用于帮助人们对抗疾病。医生可以根据驱动癌症发展的特定DNA突变选择对应的药物和治疗方案。癌症病因相当复杂，研究人员必须系统性的了解他们的病例，这样液体活检才能真正的拯救生命。液体活检现在已经被广泛地运用了，尤其是癌症检测之中，但它们对于提高检测质量和疗效的作用目前尚不明确。
11.大脑类器官（2015）
利用大脑类器官研究导致精神分裂症、自闭症和癫痫等疾病的原因
人类脑细胞培养的新方法可以揭开痴呆、精神疾病和其他神经系统疾病的奥秘
成熟期：不成熟
突破点：人类干细胞的活体神经元簇，可以在实验室培养
重要性：研究人员需要新的方法来理解脑疾病和测试可能的治疗方法
该领域主要参与者：Madeline Lancaster and Jürgen Knoblich（Institute of Molecular Biotechnology、Rudolph Tanzi and Doo Yeon Kim（马萨诸塞州综合医院）
实验室培养的脑细胞组织已经很接近在妊娠初期人类胚胎脑细胞的形态了，这为理解大脑的复杂与测试新的治疗方法提供了思路。脑细胞可以从皮肤细胞培养，并且能用于研究老年痴呆症，精神分裂症和癫痫。
在这个行业的典型代表是Institute of Molecular Biotechnology的Madeline Lancaster，她从成年人采取了单个皮肤细胞，通过正确的生化刺激，该细胞可以变成诱导多能干细胞，然后变成神经元。现在科学家可以直接看到活的人类大脑细胞如何发展和工作，以及它们如何受到各种药物化合物刺激或基因修饰的影响。因为这些特定脑细胞直接从干细胞培养成，这样就可以帮助探寻与脑部病变有关的疾病，比如阿尔茨海默病的人的神经元到底出了什么问题。
早在2013年，发表在《自然》杂志上的一项研究中，奥地利科学家成功利用干细胞培育出“大脑类器官”。这些类器官的构成与一个9周或10周大的胚胎的大脑类似。研究人员利用类器官这个模型对神经发育疾病小头畸形进行研究，他们利用一名患有遗传性小头畸形的患者身上提取的细胞培育一些类器官，而后将其与利用健康参与者的细胞培育的迷你大脑进行比较。在利用小头畸形患者细胞培育的类器官中，转化成神经细胞的干细胞数量超过利用健康参与者细胞培育的迷你大脑，最后得出结论，发现小头畸形患者的神经细胞过早分化，可能就是这种疾病背后的机制。
这项技术为理解神经元是如何生长和发挥作用打开了新的窗口，也更加有助于人们理解大脑的基础活动。目前研究人员正在使用“大脑类器官”研究导致精神分裂症、自闭症和癫痫等疾病的原因。
12.DNA互联网（2015）
上网搜索DNA数据库，未来将非常方便
数百万基因组的全球网络可能是医学的下一个伟大的进步
成熟期：不成熟
突破点：使DNA数据库共通的技术标准
重要性：数百万其他人的经验将辅助你的医疗方案
该领域主要参与者：Global Alliance for Genomics and Health、谷歌、Personal Genome Project
在技术上，测试人的DNA信息目前已经非常成熟，成本也在逐年下降。全球数百万的基因组网络将可能成为医学领域的下一个伟大进步。但是这究竟能否实现，主要看看人是否愿意分享自己的DNA数据。DNA搭上互联网的好处是，比如癌症患者，未来医生可以根据你的DNA测序结果了解是哪种突变引起了癌症的发生。然后在DNA互联网上搜索拥有相同突变的患者，根据他们的用药记录，辅助医生做出更好的治疗决策。
全球基因组学和健康联盟（Global Alliance for Genomics and Health，GAGH）成立于2013年，是一个由医疗机构、大学和公司等组成的联盟组织，成立的宗旨是促进遗传数据的共享。对该组织而言，目前面临的最大困难不是技术问题，而是社会问题。一方面，科学家拒绝分享遗传数据，另一方面，把一个人的基因组信息放到互联网上也涉及到隐私问题。Haussler是全球基因组学和健康联盟（Global Alliance for Genomics and Health，GAGH）的创始人和技术领导者之一。目前，Haussler和联盟的其他成员正在努力解决这一难题问题。
另外一个问题就是互联网。加州大学生物信息学专家David Haussler说，建立DNA互联网面临的一大问题是，基因组测序很大程度上脱离了信息共享最便捷的工具——互联网。这是非常无奈的。当时，已经有超过20万的人进行了全基因组测序，这个数字在未来几年肯定会大幅上升。未来医学的进步取决于对这些基因组数据进行大规模的比对，但是从现在数据的共享程度来看，许多科学家并没有为这一点做好准备。
13.免疫工程（2016）
免疫工程为癌症的治疗提供了新的思路
经过基因改造的免疫细胞正在拯救癌症病人的生命，而这只是开始
成熟期：1-2年
突破点：经过基因改造的T细胞能够治疗癌症
重要性：通过改造免疫系统，癌症、多发性硬化症和艾滋病等疾病统统可以治愈
该领域主要参与者：Cellectis、Juno Therapeutics、诺华制药
人类免疫系统被称为大自然的“大规模杀伤性武器”。它拥有十余种主要细胞类型，其中包括多种T细胞。它会抵御从未见过的病毒，抑制癌症（尽管并非总是如此），而最主要的，是避免伤及自己的身体组织。它甚至还有记忆功能，而这也是疫苗接种的依据。
T细胞被称为免疫系统中的“杀手细胞”，它们能够在人体内四处移动、能够进行感知探测、并能够杀死其他细胞。科学家们将其从一个人的血液中提取出来，加入新的DNA指令，从而令其能够攻击肿瘤细胞，同时还采用基因编辑方式删除T细胞用以探测外来分子的受体，使其不至于攻击 “非来自自体”的好细胞。当然关于肿瘤细胞和免疫系统之间的对抗关系，虽然不断有新的发现，但是依然没有完全掌握，比如有关巨噬细胞的免疫能力新发现等。
100多年前，美国外科医生威廉·科莱（William Coley）注意到，有时候意外感染会让肿瘤消失。随后，科莱将链球菌培养基注入到癌症患者体内，发现在部分病例中出现了肿瘤收缩的状况。1893年发表的这一发现表明，免疫系统是可以对抗癌症的。基于过去几十年的研究工作，研究人员已经发现了很多重要细节，包括T细胞如何识别和杀灭入侵者等。透过显微镜，我们可以看到这些细胞会展现出类似于动物的行为：爬行，探查，然后抓住另一个细胞，向其注入中毒性颗粒。加利福尼亚大学旧金山分校合成生物学家温德尔·利姆（Wendell Lim）说，“免疫细胞会同其他细胞对话，会释放毒物，可改变微环境，具有记忆功能，并可实现自我增殖。”
不过这并不代表免疫治疗就是万无一失的，比如将T细胞靶向到肝、肺或脑的肿瘤中是非常危险的，而且到目前为止，还没有出现仅攻击癌细胞的轻松方法。目前世界上已有十几家医药公司和生物技术企业，正在努力将这项疗法带入市场。经过基因改造的T细胞，将为糖尿病多发性硬化症和红斑狼疮等自身免疫系统疾病，以及艾滋病等各种传染性疾病带来新生希望。
当然在资本市场今年出现了好几笔大额投资，恐怕再也没有其他行业如此热门了。比如今年1月，朱诺治疗以1.25亿美元的价格收购专注于单T细胞DNA测序的波士顿公司AbVitro。制药公司辉瑞（Pfizer）和施维雅（Servier）宣布它们将以4000万美元的价格收购赛莱克蒂斯开发的T细胞疗法。
14.DNA应用商店（2016）
DNA应用商店，包含个人基因数据
有了包含个人基因信息的在线商店，你可以更容易了解有关自己所面临的健康风险和患病倾向
成熟期：今年进入成熟期
突破点：DNA测序的一种全新商业模式，将使基因信息可在网上广泛获取
重要性：一个人的基因决定了相当多的东西，包括罹患某种特定疾病的可能性
该领域主要参与者：Helix、Illumina、Veritas Genetics
如果能有一个专门用于存储个人基因库的在线商店，那么人们就能更好的掌握目前所面临的健康风险和疾病倾向，而这项技术在今年就能成熟。我们的基因组中存储着关于潜在健康风险和身体特征的所有信息。然而目前除了血液测试能够提供有限的遗传信息外，并没有什么方法来存储DNA数据。
位于旧金山的Helix公司将推出全球首个面向大众市场的基因信息应用商店。该公司收集客户的唾液样本，对客户基因进行测序和分析，然后将结果数据化，客户可通过应用程序获取自己的DNA信息。公司为所有客户生成和存储这种类型的数据，即使他们最初只做一个特定的遗传查询。Helix公司一次对2万多种基因的分析成本为100美元左右，仅为其他公司的五分之一。这些DNA信息还可出售给其他研发人员。目前Helix正和Illumina公司合作筹建世界上最大的基因测序中心，计划今年或明年推出DNA应用商店。
不过一个迫在眉睫的问题是FDA一直密切关注基因测试，并将决定多少信息Helix应用程序可以向公众收集和展示。梅奥诊所个性化医疗中心主任Keith Stewart说，大多数返回消费者的数据都具有真实医疗信息，可以预测你的癌症几率。Veritas Genetics首席执行官Mirza Cifric说：“底线是这些DNA信息是否真正有用。”自从去年秋天开始，Veritas Genetics也在创建自己的DNA应用商店。
（文中数据来源于网上公开资料）
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