2020年，新冠疫情的持續讓全球在惶恐不安中也充滿了期待，生物技術無疑成為全球最關注的焦點。隨著science、nature等權威雜誌和媒體對2020年全球重大科學發現、突破性成果等的評選陸續發布，綜合對社會的影響力度，行業的關注熱點，以及產業的長遠發展，本文從中選取最為重要的十大熱門生物技術進行詳細報導。
一、新型疫苗：
mRNA疫苗、腺病毒疫苗、重組蛋白疫苗
作為狙擊新冠病毒的最重要手段，新冠疫苗的研究進展無疑最受關注，疫苗的研發路線也從傳統的滅活疫苗和減毒疫苗，拓展到第二代的重組蛋白疫苗和亞單位疫苗，第三代的核酸疫苗和腺病毒載體疫苗，其中，核酸疫苗包括RNA疫苗和DNA疫苗。隨著各國加大疫苗研發力度，目前，我國的滅活疫苗已有三種進行了III期臨床試驗，其中國藥集團中國生物的兩種滅活疫苗在國外獲批上市，在國內接受上市申請，科興生物的滅活疫苗也將於15日後發布III期試驗數據，其餘各類疫苗也都取得了突破性的進展。
● mRNA疫苗：在諸多候選疫苗中，除了滅活疫苗外，mRNA疫苗研發進展最快，上市數量也最多。包括BioNTech/輝瑞/復星的mRNA疫苗「BNT162b2」和Moderna的mRNA疫苗「mRNA-1273」。
「BNT162b2」於12月2日在英國最先獲批緊急使用授權，此後陸續獲得巴林、加拿大、沙烏地阿拉伯、墨西哥和美國的批准，並於12月21日獲得歐盟的有條件銷售許可，成為全球第一款獲批的mRNA新冠疫苗，同時也是全球第一款成功上市的核酸疫苗和第三代疫苗。此前該疫苗的III期臨床試驗顯示有95%的功效，然而，隨著疫苗的大規模接種，有8人發生嚴重過敏反應，同時在以色列發生兩例死亡病例，是否與疫苗有關還有待證實，受試者為16歲及以上人群。
「mRNA-1273」於12月18日獲得FDA的緊急使用授權，是全球第一款獲批臨床的新冠疫苗，第二款獲批上市的mRNA疫苗和核酸疫苗。該疫苗的III期臨床試驗結果顯示保護效力達到94.5%，其副作用比「BNT162b2」要高一些，主要受試者為18歲及以上人群。
● DNA疫苗：美國生物技術公司INOVIO與蘇州艾棣維欣合作研發的DNA疫苗INO-4800分別在美國和中國開展II/III期臨床試驗和II期臨床試驗，主要受試者為18歲及以上人群。
● 腺病毒載體疫苗：目前，研發速度較快的腺病毒載體疫苗主要包括牛津大學/阿斯利康研發的「ChAdOx1 nCoV-19」和軍事科學院軍事醫學研究院生物工程研究所/康希諾研發的「重組新型冠狀病毒疫苗（腺病毒載體）（Ad5-nCoV）」。「ChAdOx1 nCoV-19」疫苗的有效性約為70％，有效性遭受質疑。「重組新型冠狀病毒疫苗（腺病毒載體）（Ad5-nCoV）」III期臨床試驗正在進行，尚未出現不良反應，並在軍隊內部獲批使用。
● 亞單位疫苗/重組蛋白疫苗：處於臨床III期的疫苗主要是智飛生物/中科院微生物所聯合研究的重組亞單位疫苗「重組新型冠狀病毒疫苗（CHO 細胞）」，也是我國第五個進入III期臨床的新冠疫苗。
二、中和抗體
為了能夠治療新冠肺炎，全球科學家不斷探索新的方法，研究治療新冠肺炎的特效藥，其中，中和抗體藥物成為最受矚目的一種。
中和抗體是當病原微生物侵入機體時會產生相應的抗體。病原微生物入侵細胞時需要依賴病原體自身表達的特定分子與細胞上的受體結合，才能感染細胞，並進一步擴增。中和抗體是B淋巴細胞產生的某些抗體，能夠與病原微生物表面的抗原結合，從而阻止該病原微生物黏附靶細胞受體，防止侵入細胞。中和抗體藥物與小分子藥物相比，由於是人體本來存在的，靶向性和特異性更強，副作用更小。
中和抗體藥物最早是再生元開始研發，目前其抗伊波拉病毒中和抗體的雞尾酒療法EB-3已研發成功，並被定義為孤兒藥進入優先審評階段。Vir biotechnology的抗伊波拉病毒中和抗體mAb114也表現出和EB-3相似的療效，提前結束臨床試驗。
抗新冠病毒中和抗體藥物通過與新冠病毒表面的S蛋白結合，阻斷其與宿主細胞表面受體結合，從而阻斷其進入人體細胞的途徑，起到阻斷病毒傳播和感染其他細胞的作用。
全球在研的抗新冠病毒中和抗體藥物已取得突破性進展。其中，禮來的中和抗體藥物bamlanivimab（LY-CoV555）於11月9日獲得FDA緊急使用授權，與君實生物、中科院微生物所合作的單抗JS016（國內第一個進入臨床的中和抗體藥物）和LY-CoV555聯合療法BLAZE-1新的期中分析數據也已披露。再生元與羅氏合作的casirivimab和imdevimab中和抗體聯合給藥雞尾酒療法REGEN-COV2也於11月22日獲得FDA緊急使用授權，並達到了II/III期臨床終點。目前，全球進入III期臨床的還有GSK/Vir的中和抗體，在NIH主導的Activ-3項目中會試驗與騰盛博藥的兩個抗體聯合使用的效果；韓國Celltrion的CT-P59進入II/III期臨床，阿斯利康的長效新冠病毒中和抗體進入III期臨床試驗。
國內在研的公司和項目主要有：復宏漢霖/三優生物/上海之江生物的HLX70、騰盛博藥的BRII-196和 BRIII-198、百濟神州/丹序生物的DXP-593和DXP-604、邁威生物的MW33、神州細胞SCTA01等也已進入I期臨床。
三、基因編輯技術
自基因編輯技術問世以來，圍繞它的研究成果不斷取得突破。2020年，諾貝爾化學獎被授予CRISPR/Cas9的發明者，讓CRISPR成為新冠以外學術界討論的焦點。同時，在疾病治療方面也取得進一步的進展。
4月27日，華西醫院開展的「全球首個基因編輯技術改造T細胞治療晚期難治性非小細胞肺癌」的臨床試驗結果顯示12名接受基因編輯的T細胞回輸治療的患者，有兩位中位總生存期是42.6周，其中一位的療效維持時間達76周。
7月22日，上海邦耀生物與中南大學湘雅醫院合作的「經γ珠蛋白重激活的自體造血幹細胞移植治療重型β地中海貧血安全性及有效性的臨床研究」的臨床試驗結果顯示，兩例患者已擺脫輸血依賴治癒出院，這是亞洲首次通過基因編輯技術治療地中海貧血，也是全世界首次通過CRISPR基因編輯技術成功治療β0/β0型重度地中海貧血。
12月5日，Sarsh Cannon研究所、波士頓大學醫學院等的研究人員發表的文章證明，利用CRISPR-Cas9技術編輯自體CD34+細胞，增加胎兒血紅蛋白表達量，可有效治療鐮刀型紅細胞貧血（SCD）和β-地中海貧血（TDT）是兩種常見的基因缺陷性疾病，目前兩例臨床患者均反饋已不需要接受輸血治療。以色列特拉維夫大學的研究人員通過在小鼠身上開展膠質母細胞瘤和轉移性卵巢癌試驗，通過利用CRISPR技術修改了癌細胞的DNA，結果顯示，經過治療後的癌細胞不在具有活性，且技術全程沒有副作用，證明CRISPR在治療各種侵入性癌症方面非常有效。
四、AI精準預測蛋白質三維結構
多年以來，科學家一直致力於通過建模方法來精準預測蛋白質結構的研究，許多科研團隊通過電腦程式來檢測組成蛋白的胺基酸，並以此來推測蛋白質的三維結構。11月30日，在第14界國際蛋白質結構預測競賽（CASP）中，Alphabet旗下公司DeepMind開發的新一代AlphaFold人工智慧系統獲得中位數92.4GDT的高分，精準預測了蛋白質如何從線性胺基酸鏈捲曲成3D形狀，破解了長期困擾生物學界蛋白質是如何摺疊的這一難題。根據結果顯示其可預測大部分蛋白結構，部分預測的蛋白結構與晶體實驗相當，並與冷凍電鏡、X射線晶體學形成互補，共同幫助蛋白結構的解析，而且將有利於在新藥研發中的應用。
五、KRAS抑制劑sotorasib
12月17日，安進向FDA提交了KRAS G12C抑制劑sotorasib的新藥申請，sotorasib是第一個進入臨床開發的KRAS G12C抑制劑，可抑制細胞外信號調節激酶(ERK)的磷酸化。根據公布的I期臨床結果，其在129名實體瘤患者中顯示出積極的治療效果，有望成為第一個被批准用於治療KRAS G12C突變的晚期NSCLC靶向藥物，但具有一定的毒副作用。此前，sotorasib已獲得FDA突破性藥物資格（BTD）和實時腫瘤學審查資格（RTOR）授權。KRAS是人類癌症中突變最頻繁的癌基因。研究發現，在已知的癌症中，有1/3發現KRAS被激活，KRAS的突變經常與靶向治療的耐藥性和癌症患者的預後不良有關，然而，目前仍沒有KRAS抑制劑被批准。
六、合成生物學
1月13日，《PNAS》發表文章宣布：美國科學家利用從青蛙胚胎中提取的活細胞製作出了全球首個「活體機器人」Xenobots。Xenobots是由美國佛蒙特大學計算機科學家和塔夫茨大學生物學家合作，100%利用青蛙細胞創造的新生命體，長度不足1毫米，具有自愈功能和按指定方向移動能力。Xenobots有可能被用於清除放射性廢物、收集海洋微塑料，並且清除動脈斑塊。研究人員也表示，通過對疾病或損傷部位等進行誘導再生，可能促進再生醫學的應用。然而，由於Xenobots可能存在的諸多未知風險，也面臨著嚴重的倫理問題。
七、類器官
6月3日，哈佛醫學院等機構在《Nature》上發表文章，稱利用人類多能幹細胞培養出可以長出毛髮的皮膚類器官。研究人員通過對人多能幹細胞進行培養，在培養的過程中，通過添加骨形態發生蛋白4和轉化生長因子-β抑制劑來誘導表皮形成，通過添加生長因子FGF2和骨形態發生因子抑制劑來誘導真皮形成，最終經過4-5個月的培養，形成了包含包囊、皮脂腺、神經、肌肉和脂肪的完整皮膚組織。隨後將其移植到免疫缺陷小鼠的背上皮膚後，55%的皮膚上生長出毛髮，表明移植後的皮膚具有與人體皮膚相似的生長分化潛能。
12月16日，《Nature》刊登了韓國浦項科技大學Kunyoo Shin教授和首爾國立大學醫院Ja Hyeon Ku帶領的團隊開發的體外重組人體類器官「膀胱類組裝體」，這是世界上第一個體外重構的類器官。膀胱類組裝體是一種具有上皮細胞、基質細胞和肌細胞的多層微型器官組織結構，在實驗室中，利用組織基質，將幹細胞和多種細胞進行三維重構，在單細胞水平，這些膀胱類組裝體在細胞組成和基因表達方面表現出成熟人膀胱的特性，並能模仿正常組織應對損傷的體內再生反應動力學。研究團隊還開發了患者特異性尿路上皮癌類組裝體，可以完美模擬體內腫瘤的病理特徵。
同日，《Cell》發表了史丹福大學醫學院Sergiu Pasca副教授領導的團隊構建的「3D皮質-運動神經類組裝體」，這是世界首次構建出一種負責自主運動的人類神經迴路的工作模型。研究人員先是利用人體幹細胞培育出一種類似於大腦皮層或後腦/脊髓的類器官，然後在培養皿中，讓它們與人類骨骼肌球體自組裝生成3D皮質-運動類組裝體。該系統證明了3D培養具有非凡的自組裝能力，形成可用於理解發育和疾病的功能性迴路。
類組裝體的開發突破了當前類器官技術不能模擬成熟器官結構，缺乏組織內微環境以及組織內各細胞間相關作用的局限性，有助於癌症等難治性疾病的精確建模。該類組裝體被認為可用於新藥研發和精準治療。
八、DNA計算機
中科院長春光機所中美聯合光子實驗室團隊打造出「DNA計算機」—一瓶訂製的DNA鏈。該計算機利用DNA鏈的存在或缺失表示二進位數0或1，由最多五種不同波長的光進行發光控制，通過與不同的DNA鏈連接，使用表格將DNA鏈轉換為相應的光模式進行計算，目前，可計算出900的平方根。但由於其使用光模式進行計算，該系統不能做數學運算，而且每個輸入都要進行特殊編碼，避免與其他輸入發生反應或產生錯誤的結果。
隨著技術的不斷加強，該計算機可能會用來進行更複雜的計算，並逐漸實現真正的「DNA計算機」。
九、新型細胞療法「CAR-M」
當前的諸多細胞治療方法依舊圍繞血液腫瘤開展研究，對實體瘤的研究依舊面臨巨大挑戰。3月23日，賓夕法尼亞大學醫學院的研究團隊發表在《Nature Biotechnology》上的一項研究證實，通過將CAR導入巨噬細胞，對其進行基因改造，能夠殺死實驗室人類樣品和小鼠模型中的腫瘤，可能會實現細胞療法治療實體瘤的突破。在治療HER2陽性轉移性卵巢癌小鼠模型中結果顯示，腫瘤體積明顯降低，總生存期延長。目前，團隊正計劃開展HER2靶向的CAR-M療法CT-0508的I期臨床試驗。由於人體腫瘤微環境比實驗室簡單模型要複雜的多，能否實現對實體瘤治療的突破，還有待進一步研究證明。
十、限制性蛋白水解-質譜技術（Lip-MS）
12月22日，瑞士蘇黎世聯邦理工學院科研團隊在《Cell》上發文，證明其自主研發的限制性蛋白水解-質譜技術（Lip-MS）捕捉到了酵母和大腸桿菌中酶活性變化、酶底物位置佔有率、變構調節、磷酸化和蛋白質與蛋白質的相互作用，精確定位單個功能位點。Lip-MS是主要開發用於監測蛋白質結構變化、並識別不同條件下結構特異性蛋白水解指紋圖譜的新型技術，在此研究中可用於原位監測蛋白功能變化，通過將蛋白質動態結構數據與功能相聯繫，有助於細胞三維模型的構建，推動結構生物學的進一步發展。
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