图片来源：纳米技术产品数据库（Nanotechnology Products Database）
许多医学技术和工具在新冠肺炎疫情的背景下，第一次有机会证明了自己的作用。三位专攻基因疫苗、可穿戴诊断设备及药物研发的研究人员解释了他们的研究成果是如何帮助世界应对大流行病挑战的，他们希望每项技术都能准备好继续在医学领域做出重大的改变。
基因疫苗
Deborah Fuller，华盛顿大学微生物学教授
30年前，研究人员首次向小白鼠体内注入外来病原体的基因，使其身体产生免疫反应。就像许多其他新发现一样，第一批基因疫苗的效果很不稳定。早期的mRNA疫苗很难储存，也没有产生正确的免疫反应。DNA疫苗更稳定，但无法有效进入细胞核，所以不能产生足够的免疫力。
研究人员逐步克服了疫苗的稳定性问题，在指定位置获取了基因指令，并诱导出了更有效的免疫反应。到2019年，世界各地的学术实验室和生物科技公司已经有了几十种有希望应用于传染病治疗的mRNA疫苗和DNA疫苗，以及正在研发或者处于一期和二期人类临床试验的mRNA和DNA癌症疫苗。当新冠肺炎疫情来袭，特别是mRNA疫苗，已经做好了接受现实世界测试的准备。其94%的有效性已超过了卫生官员的最大预期。
与传统类型的疫苗相比，mRNA疫苗和DNA疫苗具有更大的优势，因为它们只使用病原体的遗传物质，而不需要整个病毒或细菌。传统疫苗需要数月乃至数年的时间来开发。相比之下，一旦科学家获取了新病原体的基因序列，他们就可以在数日内设计出mRNA疫苗或DNA疫苗，在几周内确认进行临床试验的候选疫苗，并在几个月内生产出数百万剂疫苗。针对新冠病毒的疫苗，基本上就是这样研发出来的。
基因疫苗也能产生精确有效的免疫反应。它们不仅能刺激产生用于阻断感染的抗体，也能激发强烈的T细胞反应，后者能在感染发生的时候清除感染。这使得这些疫苗能更好地应对病毒突变，也意味着这些疫苗可以消除慢性感染或癌细胞。
基因疫苗有一天将可以为疟疾或艾滋病提供疫苗、治愈癌症、替代效果较差的传统疫苗，或在下一次大流行病开始前就做好准备阻止疫情，这些希望已不再遥不可及。实际上，很多针对慢性感染疾病和癌症，以及大规模传染病的mRNA疫苗和DNA疫苗已经进入研发的后期阶段或临床试验阶段。作为从事疫苗研究已有数十年的人，我相信，这些疫苗对抗新冠病毒的有效性将开启疫苗学的新时代，而基因疫苗将是最前沿的产品。
可穿戴技术和早期疾病检测
Albert H. Titus，布法罗大学生物医学工程学教授
图片来源：Pixabay
疫情期间，研究人员充分利用了智能手表、智能手环和其他可穿戴健康设备。这些设备可以测量人的体温、心率、活动水平和其他生命体征。有了这些信息，研究人员甚至可以在患者自己感受到症状之前，就能跟踪和检测新冠病毒的感染。
近年来，随着可穿戴设备的使用和普及，研究人员开始研究这些设备监测疾病的能力。然而，尽管这些设备能够收集实时数据，但之前的研究工作都集中在了慢性病上。
大流行病既像透镜一样聚集了许多研究可穿戴健康设备的研究者，也为他们提供了不可多得的机会来研究实时传染病监测。受新冠肺炎这种单一疾病潜在影响的人数，一度为研究人员提供了大量的人口样本，并对其进行假设检验。随着越来越多的人使用有健康监测功能的可穿戴设备，以及这些设备收集了大量的有用数据，研究人员能够试着仅使用设备收集的数据来诊断疾病——这是他们以前做梦都想不到的。
可穿戴设备可以在患者症状明显前就检测出新冠肺炎或其他疾病。虽然可穿戴设备被证实可以及早发现病症，但它们可以发现的疾病症状并不限于新冠肺炎。这些症状可能预示着许多潜在疾病或者其他健康变化，说一个人患有什么疾病比简单地说他们生病了要困难得多。
当全世界进入了后疫情期，可能会有更多的人在生活中使用可穿戴设备，而设备还会进一步升级。我期待，研究人员在疫情期间获得的关于使用可穿戴设备监测健康的知识，将成为应对未来流行病暴发的起点——不仅仅是针对病毒大流行，也包括类似于群体性食物中毒和季节性流感这样的事件。然而，由于可穿戴技术的使用集中在富人和年轻人群体中，因此研究群体和社会作为一个整体必须同时解决分配不均的问题。
发现药物的新方式
Nevan Krogan，加州大学旧金山分校细胞分子药理学教授，定量生物科学研究所（QBI）主任
图片来源：QBI新冠病毒研究组。CC BY-ND
蛋白质是让你的细胞发挥功能的分子机器。当蛋白质功能失常或被病原体入侵时，你通常会生病。大多数药物通过扰乱一个或多个功能失常或被入侵的蛋白质来发挥作用。因此，寻找治疗特定疾病的新药物的逻辑是，研究受该疾病直接影响的特定基因和蛋白质。例如，研究人员知道BRCA基因能保护你的DNA不受损伤，而这个基因与乳腺癌和卵巢癌的发生密切相关。因此，大量的研究工作都集中在寻找可以影响BRCA蛋白功能的药物。
然而，单独发挥功能的单个蛋白质通常不是疾病产生的唯一原因。基因及其编码的蛋白质只是机体复杂网络的一部分——BRCA蛋白与数十种乃至上百种其他蛋白质相互作用，以发挥其在细胞中的功能。我和我的同事研究的正是蛋白质之间的这些联系和相互作用——我们称之为蛋白网络。这个领域还比较小，但一直在快速发展。
这些年，我和我的同事一直在探索蛋白网络的潜力，期待找到更多使用药物减轻病痛的方法。当新冠肺炎疫情袭来，我们知道我们必须得尝试这个办法，看看能否运用蛋白网络快速找到一个应对这个新威胁的治疗办法。我们立即开始绘制人体蛋白质的复杂网络图，SARS-CoV-2病毒会入侵这些蛋白质并进行复制。
一旦建立了这张图，我们就能在图中找到药物容易锚定的蛋白质。我们发现了69种化合物，这些化合物能影响冠状病毒侵袭网络中的蛋白质。其中有29种已经经过美国FDA批准，用于治疗其他疾病。我们在1月25日发表了一篇论文，表明目前用于治疗癌症的药物Aplidin (Plitidepsin)在治疗新冠肺炎方面的效果是瑞德西韦的27.5倍，这个结果也适用于新冠病毒的新变种。该药物已经在12个国家获得批准，针对新冠肺炎治疗进行3期临床实验。
不过，绘制疾病的蛋白质相互作用网络以寻找新的药物靶点的观点，不只是适用于冠状病毒。我们已将此方法应用于其他病原体感染，以及癌症、神经退行性病变和精神疾病。
这些蛋白网络图能帮我们将一个疾病的许多看似没有关联的方面都联系起来，并发现药物治疗的新方法。我们希望，这个方法能帮我们和其他医学研究人员发现新的治疗策略，并看看一些原有药物是否能被用于治疗其他疾病。
撰文：Deborah Fuller，华盛顿大学医学院微生物学教授；Albert H. Titus，布法罗大学生物医学工程教授；Nevan Krogan，加州大学旧金山分校格拉德斯通研究所高级研究员兼定量生物科学研究所主任和教授。
翻译：魏书豪
审校：郭晓
引进来源：theconversation
本文来自：中国数字科技馆
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