生物技术考研，生物技术考研科目有哪些
作者：肖英峰、宫晨光、郭玖晖、王镇、方勇、李大海、李宝山等
来源：高华研究所（GoldenSinoInstitute）
2020年，新冠肺炎疫情深刻影响全球生命科学与生物医药产业的发展态势，与新冠肺炎疫情相关的研究成为年度热点。新兴生物技术爆发出巨大的应用潜力，基因编辑、合成生物学、干细胞等技术在病毒研究、药物研发及疫苗研制过程中发挥了至关重要的作用。脑机接口技术在重建瘫痪患者的神经控制与感受功能、捕捉大脑意识等领域不断取得突破性成果，正在从概念走向应用。生物经济不仅能为应对重大突发公共卫生事件提供物资保障，还可促进经济的可持续发展，有望成为后疫情时代各国加速经济发展并摆脱疫情影响的重要引擎。生物安全的概念也在不断扩充，从“生物防御”扩展到“生物经济和产业支撑”。许多国家更加重视生物经济和生物安全，加大政策和资金方面的支持力度。
一、世界生物技术及产业发展重要动向
2020年，全球笼罩在严重的新冠肺炎疫情中，人民生命健康和社会生产活动均受到沉重打击。医疗物资短缺限制了许多国家的疫情应对能力，生物经济和医药供应链得到前所未有的重视。新兴生物技术在抗击新冠肺炎疫情这一战场上发挥了关键作用。基因测序技术、基因编辑技术极大提高了病毒的检测效率，单细胞测序技术、人工智能和合成生物学技术等为药物和疫苗研发提供了新手段，mRNA疫苗更是首次投入临床试验，成为疫苗发展史上的重大突破。CRISPR基因编辑技术获得2020年诺贝尔化学奖。在突破性成果不断涌现和技术越发成熟的背景下，基因编辑技术正在加速推动细胞疗法和基因疗法走向临床应用，并加速农业、癌症和遗传病的研究。人工智能正在不断攻克生物和医学领域的各项难题，助力基础研究和产业应用。DNA存储和DNA计算也在快速发展，作为新兴数据技术，或将为日益增长的数据存储和计算需求提供新的解决方案。
（一）全球生命科学研究聚焦新冠肺炎疫情，新兴生物技术助力病毒研究和疫苗研发
2020年，新冠肺炎疫情对全球诸多领域造成严重冲击，也深刻影响了生物科技与产业的发展方向。新冠病毒的起源、致病机理和传播特征，新冠肺炎药物及疫苗研发等成为这一年全球生命科学最热门的研究领域。基因编辑技术、干细胞技术、合成生物学、单细胞测序技术和人工智能等新兴技术为人类战胜新冠肺炎疫情提供了更加高效的工具。
（1）新冠病毒及新冠病毒引起的肺炎研究受到高度关注并取得丰硕研究成果
截至2020年12月底，全球已发表超20万篇有关新冠病毒和新冠病毒引起的肺炎的研究论文，此外未经同行评议的预印本网站上还有更多数量的相关研究论文。科学家们正在竭尽全力地了解和遏制新冠肺炎疫情，并以创纪录的速度研制和测试新冠疫苗。众多新兴技术爆发出巨大的应用潜力，为病毒研究提供了强有力的工具。例如，基于CRISPR基因编辑技术开发的检测工具可在1小时内测出新冠病毒；利用合成基因组学平台对新冠病毒进行化学合成和重新设计，有助于快速研究新冠病毒及其变异情况。
（2）新兴技术助力新冠病毒药物筛选和创新疗法研发
单细胞免疫表达谱测序技术加速了新冠病毒抗体的制备。2020年5月，北京大学研究团队利用高通量单细胞测序技术，从恢复期患者的抗原富集B细胞中快速提取出两种新冠病毒中和单克隆抗体（mAb）CA1和CB6。这两种抗体在人体外对新冠病毒SARS-CoV-2表现出强大的特异中和活性，有望成为新冠肺炎靶向治疗药物。细胞与基因治疗在抗新冠病毒感染方面具有一定潜力。2020年4月，美国Celularity公司研发的自然杀伤（Natural Killer，NK）细胞疗法CYNK-001的新药临床试验申请（IND）获得美国食品药品监督管理局批准，用以评估CYNK-001治疗成年新冠肺炎患者的效果。CYNK-001成为首个获得FDA批准在新冠肺炎成年患者开展临床试验的免疫疗法。
（3）全球竞相研发新冠疫苗，mRNA疫苗首次进入临床应用
截至2020年12月，全球处于临床前阶段的新冠疫苗共162款，临床1期23款，临床2期16款，临床3期13款。全球新冠疫苗的开发主要基于7条技术路线：灭活病毒疫苗、病毒样颗粒或纳米颗粒疫苗、蛋白亚基疫苗、病毒载体疫苗、DNA疫苗、mRNA疫苗、减毒活疫苗。疫苗的研发路线已经从传统的灭活疫苗和减毒疫苗，拓展到第二代的重组蛋白疫苗和亚单位疫苗、第三代的核酸疫苗和腺病毒载体疫苗。其中，美国Moderna公司研发的mRNA疫苗和美国辉瑞公司与德国BioNTech公司合作研发的mRNA疫苗获批上市，标志着mRNA疫苗在人类历史上的首次应用，或将带来医药领域的巨大变革。
（4）为防范新兴传染病威胁，病毒来源和传播机制等方面的研究需要引起重视
2020年8月，美国国立卫生研究院（NIH）宣布成立“新兴传染病研究中心”（Centers for Researchin Emerging Infectious Diseases，CREID），将与其他28个国家的同行机构合作在全球开展多学科调查，以监测病毒和其他病原体的分布及病毒外溢风险等。NIH将在未来5年内向该中心投资8200万美元，主要用于病毒监测、新发病毒预警、病毒外溢机制研究、诊断方法和试剂的开发及人类免疫反应研究等。CREID在全球不同地区的研究重点不同。例如，中美洲和南美洲主要开展虫媒病毒（如寨卡病毒、登革热病毒）调查，东非和中非主要研究MERS等冠状病毒，西非重点研究埃博拉病毒和拉萨热病毒等，亚洲（尤其东南亚）主要对冠状病毒和虫媒病毒进行研究。此外，各个地区都将提高警惕性和应对能力，随时准备研究新出现的任何病毒。
（5）对中国的影响与启示
新冠肺炎疫情的防控实践凸显出科技在防范和化解重大公共卫生危机事件中起到的关键支撑作用。新冠肺炎疫情以来，世界范围内迎来了又一轮新兴生物科技发展的热潮，许多前沿科技成果已被用于应对新冠肺炎疫情，并取得了显著效果。加强新兴生物技术研发，尤其是加强病毒、药物与疫苗等领域的科技攻关已成为保障国家安全和人民健康的必然要求。
目前，全球各国都高度重视新冠疫苗的研究，但对病毒本身的传播机制和生理特性等问题关注较少。冠状病毒不断变化会形成新的疾病传染源，因此应加强冠状病毒的溯源研究，从源头监测和防范冠状病毒。此外，新冠病毒的传播途径至今尚不十分清楚，应加强相关基础研究，尤其是冠状病毒的跨物种转播机制等，从而防范传染病再次爆发。
中国在基础研究领域和源头技术方面的积累不足，一些影响生物安全的关键核心技术、产品受制于人，医疗装备国产化程度低。因此，需要加大对生物安全领域相关基础研究、应用研究的支持力度，转变传统课题立项模式，开展临床应用需求牵引下的应用基础研究。虽然中国科研人员众多，但做病毒学原创性、基础性研究的科研人员相对较少，因而需要国家在病毒学领域针对某些重要病毒开展持续性投入，鼓励科学家进行长期、系统性研究，避免追求短期的成果回报。
（二）新冠肺炎疫情导致全球医疗物资供应紧张，生物经济在重大疫情中的物资保障功能凸显
新冠肺炎疫情期间，药品、生物制剂、医疗设备和耗材等抗疫物资的需求猛增，超出了全球常规的供给能力，使诸多国家在新冠肺炎疫情面前处于被动局面。多国政府纷纷发布相关战略，加快本国生物经济的发展步伐。
（1）多国政府进一步推动生物经济发展
2020年1月，德国联邦政府正式通过新版《国家生物经济战略》。该战略的核心目标是发展可持续的、以循环为导向的创新型经济，计划投入36亿欧元用于开发可持续发展议程框架内的生物经济解决方案，发掘生态系统内生物经济的潜力，将德国打造成为领先的创新基地等，同时大力推进生物原料在工业生产的应用，创造新的有利于可持续发展的产品。
2020年2月，美国国家科学院、美国国家工程院、美国国家医学院（The National Academies ofSciences，Engineering，Medicine，NASEM）发布《保护生物经济》报告，全面、深入地梳理了美国生物经济所处的内外部环境及面临的风险与挑战，同时提出了保护生物经济的未来战略。此外，该报告也对各国在生物经济领域的研发、创新与投资动态，以及竞争格局进行了比较分析，展望了生物经济的未来发展趋势。
2020年7月，意大利部长理事会（Council of Ministers）国家生物经济协调小组（NationalBioeconomy Coordination Group，NBCG）发布《面向意大利生物经济战略BIT II的执行行动计划2020—2025》，提出后疫情时代的循环生物经济发展愿景，详细介绍了未来5年生物经济执行行动计划，投资5.7亿欧元部署3项短期旗舰项目，提出了相关立法建议。
（2）医药供应链安全受到美欧等国的高度重视
2020年4月，美国国会研究服务部（Congressional Research Service，CRS）发布《新冠肺炎疫情：中国医疗供应链和更广泛的贸易问题》，全面评估了新冠病毒对中美贸易的影响及美国对华医疗供应链的依赖程度，提出联合伙伴国家加快把医疗供应链转移到中国以外等诸多举措，以实现医药、医疗用品生产和供应的多元化。
2020年11月，欧盟委员会提出《欧洲制药战略》（Pharmaceutical Strategy for Europe），旨在建立具有前瞻性和抗危机能力的欧盟制药体系。该战略包括4个主要目标：一是确保患者能负担得起药品，通过健全的供应链解决未满足的医疗需求；二是支持欧盟制药业的竞争力、创新能力和可持续性，开发高质量、有效、绿色的安全药品；三是加强危机防范和应对机制，解决供应安全问题；四是通过提高质量、功效和安全标准，使欧盟在世界范围内拥有强大的话语权。
（3）对中国的影响与启示
美欧等发达国家和地区生物医药产业发达，但主要集中在高附加值和技术密集型产品领域，而中低端医疗防护用品、抗生素和原料药等通用药品的国内工业基础和制造能力近乎丧失，主要依赖进口。新冠肺炎疫情期间，这些发达国家逐渐意识到基础医疗物资在应对重大突发疫情中的战略性作用，开始重建自身的工业生产能力，发展更加全面均衡的生物经济，试图摆脱医疗物资对外依赖尤其是对单一国家依赖的局面。
中国是全球最大的原料药和中低端医疗器械生产国。在全球医药产业格局面临调整的大背景下，中国相关产业或将受到冲击。中国应进一步提高中低端医药产品的国际竞争力，同时加强技术密集型医药产品的研发，竞争国际高端医药市场。
自基因编辑技术问世以来，围绕它的研究成果不断涌现。2020年，诺贝尔化学奖被授予CRISPR/Cas9的发明者，让CRISPR成为除新冠肺炎疫情以外学术界讨论的焦点。同时，CRISPR基因编辑技术在疾病治疗方面也取得了新进展，为治愈不治之症提供了有效的解决方案。在大量目光投向CRISPR基因编辑技术价值的同时，其可能引发的公平性、可控性和伦理性问题同样需要引起人们的注意。
（三）基因编辑技术在医疗、农业等领域加速走向应用
自基因编辑技术问世以来，围绕它的研究成果不断涌现。2020年，诺贝尔化学奖被授予CRISPR/Cas9的发明者，让CRISPR成为除新冠肺炎疫情以外学术界讨论的焦点。同时，CRISPR基因编辑技术在疾病治疗方面也取得了新进展，为治愈不治之症提供了有效的解决方案。在大量目光投向CRISPR基因编辑技术价值的同时，其可能引发的公平性、可控性和伦理性问题同样需要引起人们的注意。
（1）基因疗法临床试验加速推进，为攻克人类重大疾病带来希望
2020年3月，美国科学家张锋创建的Editas Medicine公司与艾尔建（Allergan）公司首次开展了将CRISPR-Cas9基因疗法直接用于人体的临床试验，治疗一种被称为“Leber先天性黑蒙10”（LCA10）的遗传性致盲疾病。在该试验中，研究人员将基因编辑系统的组成部分编码在一种病毒的基因组中，然后直接注射到患者眼睛里，成功治愈了3名遗传病患者。该临床试验的成功也让CRISPR疗法被美国《科学》（Science）期刊列入2020年重要科学突破。
2020年12月，瑞士CRISPR Therapeutics公司公布了在研基因编辑疗法CTX001用于治疗β地中海贫血（TDT）和镰刀型细胞贫血病（SCD）患者的临床数据。新疗法通过在体外改造造血干细胞，使之提供足够多的替补血红蛋白，从而弥补突变基因造成的缺陷。率先完成足够随访时间的10位患者均摆脱了对于输血的依赖（TDT患者），并且没有发生血管堵塞（SCD患者）。这是全球首个达到人体测试阶段的基于CRISPR/Cas9的基因编辑疗法。
2020年，美国哈佛医学院David Williams教授团队发布了利用慢病毒载体递送的RNA沉默（RNAi）技术治疗镰刀状细胞贫血症的临床试验结果。该研究通过慢病毒介导的shRNA，在体外特异性靶向敲低CD34 +细胞的BCL11A基因的mRNA，再回输到镰状细胞病患者体内，6位接受治疗的患者在随访期间（中位时间为18个月）的镰状细胞病临床表现均减轻或消失。
（2）基因疗法存在致癌风险，一些临床试验进程受挫
2020年12月，美国食品药品监督管理局叫停了由uniQure公司研发的B型血友病基因疗法AMT-061的Ⅲ期临床试验，原因是一位接受该疗法治疗的病人患上了肝癌。通过研究发现，导致此次肿瘤发生的患者本身存在乙肝和丙肝病史，但也无法排除AAV5病毒载体诱发癌症的可能性。目前已有多项研究表明，长期使用AAV病毒载体可诱发癌症发生，包括肝癌。
2021年2月，美国Bluebird bio公司开发的基因治疗药物LentiGlobin（也称Zynteglo）在临床实验中导致两名镰刀型红细胞贫血症患者罹患癌症。该公司因此终止了该产品治疗镰状细胞病的所有临床研究，并叫停了在欧洲销售使用相同载体治疗血液疾病β地中海贫血的批准疗法。该公司正在调查其用于传递治疗性基因的病毒载体是否会引发癌症，而该消息也加重了人们对该疗法风险的担忧。
（3）基因编辑技术在各领域的应用不断推进，技术监管在争论中完善
遗传性人类基因编辑方面。2020年9月，美国国家医学院、美国国家科学院和英国皇家学会（TheRoyal Society）通过共同组建的国际人类生殖细胞基因组编辑临床使用委员会，发布《遗传性人类基因组编辑》（Heritable Human Genome Editing）报告。该报告提出，人类基因组编辑（Heritable Human Genome Editing，HHGE）技术应仅限用于预防严重的单基因疾病，如囊性纤维化和地中海贫血症等。该委员会还提出一个从临床前研究到临床应用转化的严格途径，为国际社会科学治理与监督HHGE提供了基本要素方面的指导，也将为世界卫生组织人类基因组编辑专家咨询委员会提供参考，后者正在为遗传性和非遗传性人类基因组编辑研究和临床应用开发适当的治理机制。
基因编辑农业应用方面。2020年12月，日本厚生劳动省（Ministry of Health, Labour andWelfare）召开专家会议审查了筑波大学（University of Tsukuba）及企业Sanatech Seed的基因编辑番茄。厚生劳动省称，该款基因编辑番茄富含抑制血压上升功能的成分“γ-氨基丁酸”（GABA），且无安全性方面的问题，确认不会产生对人体有害的物质，因此不需要经过额外的安全性审查。这种番茄预计会成为日本国内首款获批的“基因编辑”食品。2020年12月，美国食品药品监督管理局批准Revivicor公司开发的有意基因组改变（Intentional Genomic Alteration，IGA）家猪GalSafe猪上市。该公司通过基因工程手段，敲除在猪细胞表面添加α-半乳糖的蛋白酶，从而使猪细胞不再表达α-半乳糖，解决了来自猪的组织和器官可能引起的急性免疫排斥问题。这是FDA批准的首个可同时用于人类食物消费和作为潜在疗法来源的IGA动物。
基因驱动用于消灭病虫害方面。2020年5月，美国约翰·霍普金斯大学（Johns Hopkins University，JHU）发布《基因驱动：寻找机会并最小化风险》（Gene Drives: Pursuing Opportunities，Minimizing Risk）报告。该报告指出，由于缺乏国家政策和法规，与其他基因工程生物相比，基因驱动带来了独特的风险。野外部署基因驱动生物可能产生巨大的不良影响和复杂的、级联性的后果。该报告要求制定相关法律法规，建立基因驱动研究、测试、部署及监测相关的国家注册系统等。2020年5月，美国环境保护署（Environmental Protection Agency，EPA）批准了英国Oxitec公司在美国佛罗里达州和得克萨斯州进行OX513A蚊子的实验性释放的申请；2020年6月，美国食品安全中心（Center of Food Safety，CFS）指控EPA违反《濒危物种法》第7条，要求EPA撤销在美国进行基因驱动蚊子释放的审批。2020年9月，美国国会研究服务部发布《基因工程蚊子：减少病毒传播的矢量控制技术》（Genetically Engineered Mosquitoes: A Vector Control Technology forReducing Virus Transmission）报告。该报告指出相关实验证明了野外投放OX513A蚊子对生态系统的影响可“忽略不计”，也不太可能产生转基因扩散的风险。
（4）对中国的影响与启示
随着科学与技术的不断进步，基因治疗将成为人类攻克重大疾病尤其是癌症、遗传病和罕见病的重要手段。载体的递送技术、基因编辑技术和溶瘤病毒等创新技术使治愈多种疑难杂症成为可能。基因治疗同常规药物或治疗方案相比，仍属于新兴技术，具有潜在风险。中国有关部门需要在基因疗法安全性、技术规范和伦理等方面，进一步完善符合中国国情的基因治疗监管政策，科学评估临床风险并推出更全面的指导原则，从而有序地推动基因治疗产品的研发与应用。
此外，基因编辑技术应用于人类增强，会造成严重的社会公平和伦理挑战；应用于动植物中可能会破坏生态平衡，通过农产品或食物链进入人体后，可能会威胁人类健康。面对机遇与挑战，中国应积极研究和评估基因编辑技术在各类场景中的应用，不断调整和优化监管策略，并加强国际合作，积极参与或引领相关国际规则的制定。中国在底层技术研发上应奋起直追，确保领先；自转化应用上应谨慎评估，确保安全。
（四）人工智能在生物、医学和农业领域的应用不断深入
近年来，人工智能技术持续高速发展，正在越来越多的应用领域带来颠覆性变革。人工智能根据氨基酸序列准确预测蛋白质结构的能力对生命科学和医学将是一个巨大突破。它将极大加速人们对细胞结构的了解，并使药物发现变得更快、更先进。人工智能应用于农业领域，也能提高传统农业效率，实现精准施肥用药，减少环境污染等。
（1）人工智能精准预测蛋白质结构
多年来，科学家一直致力于通过建模方法来精准预测蛋白质结构的研究，许多科研团队通过计算机程序来检测组成蛋白质的氨基酸，并以此来推测蛋白质的三维结构。2020年11月，美国DeepMind公司开发的新一代AlphaFold人工智能系统在国际蛋白质结构预测竞赛中击败所有人类选手，精确地基于氨基酸序列，预测了蛋白质的3D结构。该系统的准确性可以与使用冷冻电子显微镜（CryoEM）、核磁共振或X射线晶体学等实验技术解析的3D结构相媲美。该结果表明，生物学家们可以将人工智能作为科学研究的核心工具之一。
（2）人工智能技术大幅提高药物筛选效率
2020年3月，美国IBM公司借助Summit超级计算机进行人工智能筛选药物分子，在8000多种化合物中筛选出7类有望治愈新冠肺炎的候选药物。2020年7月，中国的李兰娟院士研究团队采用人工智能算法，从151种上市药物中筛选出5种药物，其中阿比多尔、达芦那韦等4种药物在体外细胞实验中被证实有明显抑制病毒的效果，成为对抗新冠病毒的有效武器。
（3）人工智能促进农业可持续发展
2020年9月，联合国粮农组织将着重开发农业领域的人工智能，促进实现粮食和营养安全的可持续发展，使人工智能协助人类，在自然资源保护、气候变化应对及新冠肺炎疫情冲击等挑战下实现到2050年全球粮食储备量可供近100亿人口生存的目标。人工智能可优化甚至替代人类的种植和收割等活动，从而提高生产力，改善工作条件，更有效地利用、管理和规划自然资源等。农业中的人工智能主要运用于农业机器人技术、土壤和作物监测、预测分析3个领域，可在改变粮食系统、解决粮食短缺和食品不安全等问题上发挥重要作用，有助于以可持续的方式实现粮食安全。
（4）对中国的影响与启示
人工智能在生物学研究中的应用，将极大地提升人类探究生命本质的能力；人工智能在制药业的应用将有力地推动新药物靶点的发现及新药物的设计，也会显著提升药物临床实验大数据分析的速度和精确度；人工智能在医学中有望提升疾病诊治能力、解决医疗资源短缺与地区失衡、降低医疗成本等。新冠肺炎疫情大流行提升了整个生命科学行业对人工智能在从研发到制造、供应链和商业功能等整个价值链上应用的关注。例如，人工智能可使研发和生产流程自动化，使供应链更智能，使响应更灵敏，并帮助推出和销售医疗健康产品等。
人工智能和生物医学都是新一轮工业革命的核心技术，而两种技术的融合发展将产生巨大的效益，有助于解决人类生命、发展和社会运行的诸多传统难题。中国应高度重视融合技术和交叉技术的发展，打破传统学科壁垒，及时调整学科设置；通过重大科技攻关项目和长期稳定的支持，培养具有国际竞争力的科技队伍；通过积极的政策引导和产业扶持，促进人工智能与生物医药融合的应用落地。
（五）生物计算不断取得突破，或将推动数据变革
随着高性能计算和超大容量存储的需求不断增长，传统硅基计算和存储模式面临着前所未有的巨大挑战。DNA计算和DNA存储以其低能耗、并行化、稳定性等特点而广受关注。随着DNA测序和合成技术的不断成熟，DNA存储成本正在不断降低，应用前景值得期待；DNA计算能力和速率的提升，为一些传统领域提供了新的高效解决手段。
（1）3D打印与DNA存储结合开创数据存储新模式
2020年1月，美国哥伦比亚大学联合瑞士苏黎世联邦理工学院和以色列的研究人员，成功地将人工DNA嵌入到3D打印的塑料小兔子模型中，而DNA中包含打印该兔子的指令信息，可通过DNA解码和编码，用于复制打印下一代“兔子”。这只3D打印的兔子模型实现了通过DNA存储和传递其自身数据，相关研究论文发表在《自然·生物技术》（Nature Biotechnology）期刊。
（2）DNA计算能力不断取得新突破
2020年1月，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所科学家使用32条DNA链创建出一种可以存储和处理数据的DNA生物计算系统，可通过设计DNA序列和编程DNA链位移反应来计算十进制整数900以内的平方根。该计算机利用DNA链的存在或缺失表示二进制数0或1，由最多5种不同波长的光进行发光控制，通过与不同的DNA链连接，使用表格将DNA链转换为相应的光模式进行计算。
（3）DNA计算用于肿瘤分子诊断
2020年6月，中国上海交通大学科学家利用DNA计算，开发出分子水平上的机器学习算法模型。该技术可同时分析血清样本中多个miRNA的表达谱，在不需要人工干预和复杂仪器的情况下快速给出肺癌诊断结果，成功将DNA计算应用到临床诊断中，为肿瘤的无创分子诊断提供了新途径。相关研究成果发表于《自然·纳米技术》（Nature Nanotechnology）期刊。
（4）对中国的影响与启示
在大数据时代，硅基存储和计算正面临巨大挑战。随着合成生物学的发展，原本为生命科学应用而开发的DNA合成、测序和检索技术正在被应用于数据存储系统。DNA存储和DNA计算从概念走向现实，引发全球越来越多的关注。
2020年10月，美国Gartner公司发布预测报告称，到2024年，将有30%的数字业务依赖DNA存储技术，以解决现有存储需求呈指数级增长的挑战。美国DNA存储技术处于全球领先水平。在美国政府的大力支持下，美国科研机构比全球其他国家更关注DNA存储技术，该领域的多个突破性成果均产出于美国。中国目前还没有明确的政策与规划用以大力支持DNA存储技术的发展，中国科研机构在该领域的关注度与研究水平仍有待提高。DNA存储作为新兴技术，在海量数据存储、机密数据存储与传递中具有巨大的应用前景。中国应加强对DNA存储技术的战略布局，前瞻性地培育新兴产业和维护国防安全。
二、合成生物学
2020年，合成生物学产业增长进一步提速。合成生物学理论基础和技术研发不断取得突破，为新材料及生物医药研发、农业改良、工业生产等提供了有力工具。利用合成生物学技术开发的定制化细胞工厂有望在医疗健康、工业化学品、食品饮料、生物燃料、科研等诸多领域高效、可持续地生产各类产品。面对肆虐全球的新冠肺炎疫情，合成生物学展现出卓越的应用潜力，助力新冠药物及新冠疫苗生产。然而，合成生物学的高速发展也潜伏着生物安全隐患，需要及时、有效且具有针对性的监管为其健康发展保驾护航。
（一）合成生物学产业发展概述
据CB Insights中国发布的《合成生物学行业专题报告2020》显示，2019年全球合成生物学市场规模达53亿美元，2019—2024年合成生物学市场规模的年复合增长率（Compound Annual GrowthRate，CAGR）预计将达28.8%，2024年全球市场规模将增至189亿美元。从统计数据中可看出，合成生物学产业中许多细分市场正在以高CAGR水平增长，由于现有生物合成市场渗透率较低，未来增长潜力巨大。其中食品饮料、农业和消费品的CAGR增长较快（见表3-1）。
推动合成生物学市场增长的“主力军”主要包括3个因素：一是DNA测序、合成和编辑技术的不断进步、DNA测序时间和成本的持续降低等以多种方式驱动着合成生物学的发展；二是合成生物学关键原材料（即寡核苷酸）的成本降低推动了市场对合成生物产品的需求；三是生物铸造厂（平台型生产公司）设计、制造、测试新型微生物的技术水平不断提升。
根据CB Insights发布的数据显示，2010—2020年全球合成生物学企业共发生391起融资事件，其中2017年的融资数量为历年最高，为70起；而2018年创下融资金额最高纪录，约为23亿美元。2020年全球合成生物学企业全年融资数约为30起，融资金额约为20亿美元。目前，基于合成生物学理念所成立的公司主要分为3类：一是开发使能技术，如DNA合成和测序；二是制造DNA构件及集成系统，如软件服务；三是利用合成生物学平台生产所需产品，如生物体改造平台。资本和市场的目光正在向合成生物的技术应用层面聚集（见图3-1）。
（二）合成生物学产业发展概述
合成生物学采用工程学“自下而上”的理念，从系统表征自然界具有催化调控等功能的生物大分子，使其成为标准化“元件”，到创建“模块”“线路”等全新生物部件与细胞“底盘”，构建有各类用途的人造生命系统。当前，资源短缺、环境污染、气候变化等全球问题日益凸显，合成生物技术为实现“社会—生态/环境—经济”的和谐发展提供了全新的解决方案，在新材料开发、医药研发、工业生产和农业改良等诸多方面不断取得突破性进展。
（1）合成生物学基础元件构建、线路设计
2020年1月，中国华东理工大学研究团队基于球形红球菌的新LOV域，开发出单组分光激活细菌基因表达系统（eLightOn）。研究团队通过控制FtsZ和CheZ基因的表达，以及使用光和阿拉伯糖作为两个输入构建合成布尔逻辑门，证明了eLightOn系统在调节细胞分裂和游动中的有效性，为定量和时空控制细菌基因表达提供了强大且高度可调的光响应工具。相关研究成果发表于《核酸研究》（Nucleic Acids Research）期刊。
2020年5月，美国加州大学（University of California）研究人员通过工程化的群体动力学来调节合成生物学与微电子学的联系，从而调节带电代谢物的积累，并展示了通过种群控制电路对细菌接触重金属时的反应进行电检测的方法。该方法为合成生物学、分析化学和微电子技术的新发展铺平了道路。相关研究成果发表于《科学进步》（Science Advances）期刊。
2020年5月，英国剑桥大学研究人员开发出一种最小的人工呼吸系统。该系统使用NADH作为燃料从ADP和无机磷酸盐生产ATP，可再现线粒体呼吸链的能量转换催化反应。该研究证明了纳米囊泡能使用NAD+连接的底物来驱动无细胞蛋白的表达，可用于维持人造细胞。相关研究成果发表于《ACS合成生物学》（ACS Synthetic Biology）期刊。
2020年6月，中国清华大学研究团队将一个名为YF1/FixJ的蓝光调节双组分系统纳入大肠杆菌的无细胞系统中，实现控制蛋白质合成。该系统通过蓝光抑制实现了5倍的动态蛋白表达，通过蓝光激活实现了3倍的动态蛋白表达。该研究可应用于合成生物学教育、生物制药研究、人工细胞构建等领域，有助于推动无细胞合成生物学和光遗传学的发展。相关研究发表于《ACS合成生物学》期刊。
2020年6月，加拿大多伦多大学（University of Toronto，UofT）研究人员构建出一系列群体感应控制的CRISPRi系统（Q-CRISPRi）。该系统可通过使用定制的sgRNA来动态编程细菌，而不会引起细胞裂解。该动态细胞编程方法，可有效对工业和医学上重要的微生物进行编程，以更好地控制其代谢和行为。相关研究成果发表于《ACS合成生物学》期刊。
2020年8月，美国麻省理工学院研究人员开发出使用RNA聚合酶链作为信号载体，可相互隔离、相互调节宿主的酵母基因调节单元（门）Cello 2.0。该工具构建出具有11种调节蛋白的基因线路。真核生物的基因线路设计自动化简化了生物生产中的复杂过程，以及细胞工程项目中的一部分调控网络建设过程。相关研究成果发表于《自然·微生物学》期刊。
2020年8月，中国科学院大学研究人员通过信号分子的生物合成途径设计、传感启动子的合理设计和传感转录因子的定向进化，在细菌中获得6个正交性远超传统群体传感系统的细胞—细胞信号通道，并成功将其中一些通道转移到酵母细胞和人类细胞中。该细胞间信号工具箱为人工设计复杂多细胞，以及人工生态系统和智能组织铺平了道路。相关研究成果发表于《自然·通讯》（NatureCommunications）期刊。
2020年9月，法国巴黎高等师范学院（Ecole Normale de Paris）研究团队开发出一种磁感应大肠杆菌，其空间行为可由磁力控制，并通过不对称将其磁性特性传递给一个子细胞来维持细胞的生长和分裂。这一研究将细菌的空间控制与基因编码黏附特性相结合，以期实现对特定目标细菌的磁捕获和对入侵人类细胞的细菌的空间调控。相关研究成果发表于《ACS合成生物学》期刊。
2020年9月，美国加利福尼亚理工学院（California Institute of Technology，Caltech）研究团队开发出一种通过调控温度控制体内工程T细胞的新技术，可帮助减轻T细胞免疫疗法的脱靶毒性。研究团队使用聚焦超声和磁热疗等技术，通过改变体内特定部位的温度作为调控信号，测试热激启动子介导人类T细胞中遗传电路的热激活能力，并确定了遗传结构、可调节振幅和热活化持续时间等。该研究团队设计的基因线路有望用于实现温度控制嵌合抗原受体和细胞因子的表达，并杀死目标肿瘤细胞。相关研究成果发表于《ACS合成生物学》期刊。
（2）合成生物学与新材料开发
2020年2月，以色列特拉维夫大学和美国麻省理工学院的研究团队开发出一种基于DNAzyme的Operon系统，可在活细菌中生产DNA纳米支架。该系统使用模拟操纵子的寡核苷酸基因，克服了ssDNA遗传部分的缺失问题，能在体内形成更复杂的DNA纳米结构。该研究将DNA纳米支架进一步整合到活细菌中，为基础生物学、生物工程和医学应用提供了强大的合成生物学工具。相关研究成果发表于《ACS合成生物学》期刊。
2020年5月，中国上海科技大学等机构的研究团队受大肠杆菌生物膜的启发，开发出蛋白质纳米纤维涂料。该涂料中的CsgA淀粉样蛋白同时具有基底独立性、耐有机溶剂性和可编程功能性，有助于在任何表面形成可无缝参与功能化过程的纳米纤维涂层，从而实现包括电子设备、酶固定化和微流体细菌传感器等各种概念的应用。该涂料可推动电子、生物催化、颗粒工程和生物医学方面的进步。相关研究成果发表于《科学进步》期刊。
（3）合成生物学与医药研发
2020年5月，瑞士苏黎世联邦理工学院、中国华东师范大学和西湖大学的研究团队开发出一种无辅因子的生物电子植入物，其内封装的工程化细胞可微调蛋白治疗剂的原位生产和系统递送。研究人员应用该设备设计出针对Ⅰ型糖尿病的电敏感β细胞，可通过无线电刺激实时控制囊泡胰岛素的释放。硬币大小的生物器件被植入皮下后，可通过无线电控制精准治疗Ⅰ型糖尿病。相关研究成果发表于《科学》期刊。
2020年6月，美国Synlogic Therapeutics公司的研究人员基于大肠杆菌开发出用于治疗癌症的生物学疗法。工程改造后的细菌菌株SYNB1891可产生环二腺苷酸（cyclic di-AMP，CDA）作为STING（STimulator of INterferon Genes）通路的刺激物。这种机制可在通过激活抗原呈递细胞和呈递肿瘤抗原所诱发的抗肿瘤免疫应答中发挥关键作用。SYNB1891疗法可清除肿瘤并提高抗肿瘤免疫，凸显出合成生物学在治疗人类疾病方面的巨大潜力。相关研究成果发表于《自然·通讯》期刊。
2020年9月，英国伦敦癌症研究学院（The Institute of Cancer Research，ICR）研究人员开发出一种基于机器学习和群体遗传学的肿瘤亚克隆重建方法MOBSTER。该方法利用来自不同组群的2606个样本的公开全基因组测序数据、新数据和综合验证，最大限度地减少了非进化方法的混杂因素，从而准确地模拟重建了人类癌症的进化史。相关研究成果发表于《自然·遗传学》（Nature Genetics）期刊。
2020年11月，中国合生基因公司基于合成生物技术开发的基因治疗产品SynOV1.1获得美国FDA临床试验许可，有望用于治疗包括中晚期肝癌在内的甲胎蛋白（AFP）阳性实体瘤。SynOV1.1是全球首个将经过合成生物学技术优化、改造的免疫疗法用于治疗中晚期肿瘤病人的产品。
（4）合成生物学与工业生产
2020年1月，美国加州大学洛杉矶分校研究人员设计出一种无细胞酶反应体系，可摆脱细胞限制，使输入的生物质能高产量、高生产率和高滴度地转化为所需的产品。研究人员使用细胞裂解法、纯化法和杂合等方法建立无细胞酶反应体系，可改善生产参数的潜力，使设计、实施更加灵活，产品纯化更容易，为增强生物基化学生产开辟了新路径。相关研究成果发表于《生物技术趋势》（Trends inBiotechnology）期刊。
2020年4月，英国曼彻斯特精细与特殊化学物质合成生物学中心（Manchester Synthetic BiologyResearch Centre for Fine and Speciality Chemicals，SYNBIOCHEM）的研究人员对生物制造管道的能力进行测试，以使微生物细胞工厂能快速原型化，从而生产与化学工业相关的多种化学材料。为探索原型生产菌株的规模扩大潜力，研究人员优化了扁桃酸和羟基扁桃酸的对映选择性生产，实现了分批补料发酵罐的克级生产。快速设计和生产微生物材料的基础材料的成功率很高，表明生物铸造厂在引领材料生产向可持续模式过渡。相关研究成果发表于《代谢工程》（MetabolicEngineering）期刊。
2020年10月，英国朴次茅斯大学酶创新中心（The Centre for Enzyme Innovation，University ofPortsmouth，CEI）和美国国家可再生能源实验室（National Renewable Energy Laboratory，NREL）的研究团队合成出一种“超级酶”。该“超级酶”由可将塑料PET分解成有机小分子的PETase酶和MHETase水解酶合成，其降解塑料的速度比此前发现的酶提升了6倍，且能在室温环境中工作。研究人员表示，将可分解塑料的酶与能分解天然纤维的酶结合起来，或可使混合材料得到充分回收，从而减少污染问题。相关研究成果发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）期刊。
（5）合成生物学与农业改良
2020年4月，中国科学院分子植物科学卓越创新中心的研究团队通过遗传工程手段在拟南芥、烟草和水稻中创建出一条全新的且由高温响应启动子驱动的细胞核融合基因表达的D1蛋白合成途径。该方法显著增强了植物的高温抗性、光合作用效率、二氧化碳同化速率、生物量和产量。相关研究成果发表于《自然·植物学》（Nature Plants）期刊。
2020年6月，德国杜塞尔多夫大学（Heinrich Heine University，HHU）研究团队开发出一种可用于植物的光开关元件（Plant Usable Light-Switch Elements，PULSE）系统。该系统使用红光可在精确的时刻引起基因表达，而周围的白光可用作“关闭开关”来逆转这一过程。该研究将光遗传学和合成生物学结合起来，从而控制植物的生理活动，如免疫反应、生长发育及胁迫响应等，以让植物能快速反应和适应环境变化，提高产量。相关研究成果发表于《自然》（Nature）期刊。
2020年8月，英国埃塞克斯大学（University of Essex）研究人员通过遗传工程手段，在烟草等物种中同时刺激电子传输和RuBP再生，最终显著增加了光合碳同化。该方法增加了温室和田间条件下生物量和产量，在田间条件下可将植物生产力提高27％。同时，这种提高光合作用的方法还可节约灌溉用水。相关研究成果发表于《自然·植物学》期刊。
2020年11月，英国格拉斯哥大学（University of Glasgow）研究人员通过定向进化方法，获得phot1和phot2对光敏感性减慢的变体，从而产生更快速和稳健的叶绿体运动响应及改善的叶定位，实现在光限制条件下增加植物生物量。该研究证实了蛋白质工程策略调整光敏素敏感性以提高植物光合能力和生长的潜力。相关研究成果发表于《美国科学院院刊》期刊。
2020年2月，德国杜塞尔多夫大学研究人员在《生物技术最新观点》（Current Opinion inBiotechnology）发文，专门讨论了合成生物学在提高农业生产力和食品质量、降低生产成本，以及实现可持续发展等方面的潜力，回顾了影响植物生长和质量的合成生物学应用，强调了提高植物养分利用率并减少肥料需求的策略，总结了提高作物营养价值，并将光自养生物认定为生物制药和合成具有商业价值的化合物的工程学方法。
与细菌、酵母和哺乳动物系统相比，植物合成生物学研究相对滞后，但这些技术和方法已经开始重塑基础研究和生物技术/生物制药行业。在植物领域，遗传元件标准化和模块化克隆工具的建立是实现合成生物学策略的第一步。控制基因表达和细胞过程的合成工具，特别是化学诱导系统和光遗传学、CRISPR/Cas9技术和基因工程等领域进展是未来植物合成生物学发展的基础。
目前，科研和产业界对于合成生物学的农业应用主要关注以下策略：一是开发改善二氧化碳固定和碳保存的合成代谢途径；二是对作物中固氮工程的工程学改造和合成植物微生物群落的构建，以减少农业中天然肥料和合成肥料的使用；三是提高作物的营养价值；四是将光自养生物作为生产平台，实现化合物的商业价值。
（6）合成生物学在其他领域的创新应用
2020年4月，美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（University of Illinois at Urbana-Champaign，UIUC）研究人员通过利用DNA打孔卡的大分子存储机制，以刻痕的形式将数据写入天然双链DNA骨架的预定位置。该平台可在正交DNA片段上进行平行刻痕，并创建酶切位点，从而实现单比特随机存取和内存计算。此外，与基于合成DNA的数据存储（需高速合成且存在核苷酸缺失错误）相比，该方法具有极高的可靠性。相关研究成果发表于《自然·通讯》期刊。
2020年9月，美国麻省理工学院研究人员开发出一个基于合成生物学的音乐作曲系统GeMS。该系统由米兰达机、节奏器和音高处理器组成，通过模拟如转录、翻译和蛋白质折叠等遗传过程，使生物系统产生DNA链上的氨基酸链，让节奏调制者能将DNA序列转换成有节奏的序列，从而产生音乐。相关研究成果发表于《人工生命》（Artificial Life）期刊。
2020年9月，美国科罗拉多州立大学（Colorado State University，CSU）研究人员开发出一种使用数据加密和数字签名算法来确保合成遗传结构完整性和真实性的方法。研究人员使用能够为质粒生成数字签名和其他加密数据的试验软件，可预见并提取关于作者序列、身份等完整信息，而无须参考序列，且不会损害质粒的功能。该技术可帮助遵守物质转让协议和其他许可协议。相关研究成果发表于《ACS合成生物学》期刊。
（三）合成生物学应用于新冠肺炎疫情防治
合成生物学在医药领域已有应用，包括开发人工减毒或者无毒活疫苗、合成噬菌体设计进行噬菌体治疗、工程化微生物量产小分子化合物、开发新型药物传递系统等。除了基于合成生物学进行新药研发，通过合成生物学相关技术手段在医药化工领域中实现大规模生物转化合成也是研究的热点之一。基于近些年的研发基础，在面对新冠肺炎疫情时，合成生物学展现出强大的应用潜力，成为抗击疫情的有力武器。例如，利用DNA条形码技术改进测序流程，利用基因编辑技术开发核酸诊断试剂，可有效提高诊断的速度和准确性。利用合成生物学技术还可以寻找潜在的小分子药物、开发疫苗，以及通过调节人体微生物组来激活人体免疫系统，提高人体抗病毒能力。
2020年2月，美国Distributed Bio公司与世界卫生组织和美国军方合作，开发了一种新型的通用疫苗Centivax。研究团队通过计算机方法在一系列不同病原体的表面上发现了独特的分子特征，然后使用抗体针对那些不会随时间而变异的病原体的部分进行免疫应答。早期测试中，该疫苗对20世纪的39种流感病毒株都有效，包括所有大流行病毒株。该技术使Distributed Bio可在安全环境中针对几乎所有病毒快速创建疫苗。
2020年5月，加拿大生物技术公司Abcellera获得加拿大政府1.756亿美元的支持，以加强研发可消灭新冠病毒或阻断病毒传播的抗体。自2018年以来，在DARPA疾病大流行预防平台（P3）计划支持下，AbCellera一直在开发大流行应对技术平台。AbCellera的技术结合了高通量的微流控技术、大数据、机器学习、生物信息学和基因组学技术，可快速识别出一流的新药，并缩短将治疗方法应用于临床的时间。
2020年11月，美国银杏生物公司（Ginkgo Bioworks）获得美国国际开发金融公司（InternationalDevelopment Finance Corporation，DFC）11亿美元贷款，用于提升该公司“生命铸造厂”生产蛋白酶的能力，为新冠疫苗提供充足原料。新冠肺炎疫情暴发以来，合成生物学公司Ginkgo推出了新冠病毒检测试剂盒Ginkgo Concentric，与Totient公司合作进行治疗性抗体发现和优化，并与Synlogic公司合作开发新型疫苗平台等。此外，美国mRNA疫苗研发企业Moderna也与Ginkgo达成合作，希望利用Ginkgo的合成生物学技术来生产mRNA疫苗所需的酶。
2020年11月，美国整合DNA技术公司（Integrated DNA Technologies，IDT）已生产约5200万套用于新冠病毒测试的引物和探针套件。IDT是一家DNA合成公司，在美国食品药品监督管理局颁发的紧急使用授权（Emergency Use Administration，EUA）允许下为美国疾病控制与预防中心（Center for Disease Control，CDC）设计的RT-PCR检测方法提供定制的寡核苷酸探针和引物，用于快速鉴定新冠病毒。
（四）合成生物学与生物安全
基因测序、基因编辑和基因合成的进步改变了人类与生命构成要素的关系，给国家安全带来了机遇和威胁。合成生物学将在材料科学、制造业、物流、传感器技术、医学、卫生保健和人类能力增强方面带来重要突破，但同时也可能通过基因实验或改进的生物武器，增加人为传染病的可能性和严重性。
（1）合成生物学面临的主要生物安全和生物安保问题
2020年7月，中国科学院动物研究所彭耀进副研究员发表《合成生物学时代：生物安全、生物安保与治理》一文指出，生物安全主要是指无意或者疏忽引起的生物危害，而生物安保则是指故意造成的生物危害，如通过盗窃、转移、故意释放生物制剂或材料进而造成的生物危害。
合成生物学的生物安全问题主要有3种情况：一是生物错误，即对生物系统理解不足、对技术应用不到位或对生物安全理解欠缺而导致的不良生物事件；二是合成生物的意外暴露；三是合成生物的意外环境释放。与合成生物学相关的生物安全防范，则是防止对科研人员构成风险的不良生物事件，防止合成生物学操纵下的危险生物体的意外释放对人类健康或生态环境构成威胁或伤害。
合成生物学的生物安保问题主要有3种情况：一是生物武器威胁问题，合成生物学通过有针对性地修改基因或重新构建病原体来制造生物武器。二是生物恐怖威胁问题，随着合成生物学的发展，恐怖分子不需要依靠某些组织的支持，就具有自行研究、开发和装备高技术生物武器的能力。三是网络生物安保问题，主要是合成生物学依赖如生物信息学、机器学习和复杂计算等各种数字、网络工具及实验室的自动化，使其变得更容易受到网络威胁，如未经授权的访问、盗窃、操纵和恶意使用等。
此外，合成生物学的发展将推动生物黑客威胁的加速形成，生物黑客反过来又在一定程度上加剧了合成生物学生物安全和安保问题的严重性和复杂性，使得风险更加难以治理。与合成生物学相关的生物安全问题更有可能在生物黑客和“自己动手型”生物学家群体中产生，且其行动多为散点型而非以研究单位为中心的聚集型，因而此类生物安全风险会更加难以监测。
（2）国家应对合成生物学安全风险可采取的战略举措
2020年8月，美国空军大学《战略研究季刊》（Strategic Research Quarterly）发表《合成生物学国家战略》（National Strategy for Synthetic Biology）文章，从生物技术的角度论述了美国的合成生物学国家战略。文章认为，美国已经有数次创建国家级框架来解决合成生物学中公共/私人分歧的尝试，包括2018年的《合成生物学时代的生物防御》（Biodefense in the age of SyntheticBiology）和2020年国家科学院的《保卫生物经济》（Safeguarding the Bioeconomy）报告。然而，这些学术报告未能提供推动优先事项和支出的战略。
文章建议，未来美国政府应通过监管和控制合成生物学来确保安全，以防止出现意想不到的后果，同时投资个人和企业，以保持其在该领域的安全优势。合成生物学的国家战略可通过规范合成生物学活动来确保国家安全。文章还提出5项主要工作建议：一是实施优先考虑威胁的框架；二是约束合成生物学过程以防范事故和犯罪行为；三是控制技术出口以防范威胁安全的泄密；四是建立国际合作以限制未经授权的合成生物学活动；五是进行地平线扫描以保持对未来威胁的认知和准备。
三、基因编辑
2020年10月，诺贝尔化学奖授予法国生物化学家埃马纽埃尔·卡彭蒂耶（EmmanuelleCharpentier）和美国化学家詹妮弗·杜德纳（Jennifer A. Doudna），以奖励其发现基因编辑技术中最有力的工具之一——CRISPR/Cas 9“基因剪刀”，利用该工具，研究人员可以极其精确地修改动物、植物和微生物的DNA。CRISPR/Cas9技术已彻底改变分子生命科学研究，为植物育种、癌症和遗传疾病治疗、工业生产方式变革及生态环境问题等的解决提供了强有力的工具。此外，在新冠肺炎疫情肆虐的2020年，基因编辑技术在应对新冠肺炎疫情方面展现出巨大的潜力，大大提高了病毒检测的准确性及疫苗研制和药物研发的速度。当然，围绕基因编辑技术的争议也不少。在基础研究层面，CRISPR/Cas9技术的脱靶问题和载体问题成为其能否安全应用的重要瓶颈；在政策监管层面，人类遗传基因组编辑、基因驱动应用、农业基因编辑产品上市3个方面尤为突出，需要全面考虑、谨慎研究，加速推进相关问题的解决。
（一）全球基因编辑市场规模加速增长，应用边界不断拓展
据The Business Research Company预测的数据显示，全球基因编辑市场规模从2019年的41亿美元增长到2020年的48亿美元，复合年增长率（Compound Annual Growth Rate，CAGR）为18.2%。预计到2021年，该市场将以14.8%的复合年增长率增长，到2023年将达到72亿美元。CRISPR/Cas9编辑技术的市场应用主要覆盖生物工业、生物农业和生物医学三大领域，其中生物医学所占比重最大。美国CRISPR/Cas9技术在生物医学行业应用的市场规模占整体CRISPR/Cas9市场规模的56.3%，中国CRISPR/Cas9技术在生物医学领域的应用占37.3%。2020年，基因编辑市场规模的增长主要归功于基因编辑技术被广泛应用于新冠病毒治疗药物的研发。此外，基因编辑技术还可用于诸如HIV等传染病的检测，传染病发病人数的上升也是基因编辑市场增长的主要驱动力之一。
以CRISPA/Cas9技术为代表的基因编辑技术凭借效率高、价格低廉和迭代迅速等特点，正在不断扩展应用范围。例如，基因编辑技术可用于为慢性疾病患者提供精准药物，可改善农业食品供应，可提高稀缺生物制品的生产效率，可解决气候问题和控制病虫害种群数量等。
2020年9月，美国信息技术与创新基金会（Information Technology and InnovationFoundation，ITIF）发布《应用于气候问题的基因编辑：抑制温室气体排放的生物解决方案》（Gene Editing for the Climate: Biological Solutions for Curbing Greenhouse Emissions）报告。该报告指出，基因编辑可用于改善光合作用等基本生物学过程，从而对包括气候变化在内的各种人类活动产生积极影响，为限制温室气体排放和清除大气中已排放的温室气体提供了解决方案。
（二）基因编辑技术研究进展及发展态势
随着科研人员对CRISPR/Cas系统机制的认识不断深入，基因编辑工具的开发、改造和应用呈爆发式增长。目前，CRISPR/Cas相关的工具在基因编辑、转录调控、表观遗传学修饰、RNA编辑和核酸检测等多个研究领域均有重要应用。近年来，以改变基因组DNA序列为目标的基因编辑工具的开发更是突飞猛进，除最基本的Cas核酸酶外，单碱基编辑器（Base editors）、Cas转座及重组酶系统和引导编辑器（Prime editors）的出现让基因编辑有了更多选择。此外，研究者也正针对各类工具在编辑活性、编辑范围和编辑特异性中的不足之处加以改进。CRISPR技术已经成为精准农业和现代植物分子生物学研究必需的手段，其高效性、特异性、精确性和安全性给现代农业发展、设计育种等带来了革命性影响。
（1）新一代CRISPR基因编辑技术更多样化，有助于应用工具的合理选择和针对性优化
2020年3月，加拿大多伦多大学科学家开发出CRISPR基因编辑新工具CHyMErA，可同时靶向多个基因位点和基因片段，适用于任何类型的哺乳动物细胞。CHyMErA结合了Cas9和Cas12a两种不同DNA切割酶的优点。其中，Cas9具有非常高的编辑效率；Cas12a可在同一细胞中生成多个引导RNA（gRNA），以在多个位点同时进行DNA编辑。相关研究成果发表于《自然·生物技术》期刊。
2020年6月，美国约翰·霍普金斯大学科学家开发出一种通过光诱导控制CRISPR/Cas9基因编辑工具的新技术vfCRISPR，可在亚微米空间尺度及秒时间尺度上精确控制基因编辑。研究人员在常规CRISPR/Cas9系统中加入光敏基团，一旦进行光诱导，光敏基团就会解离，Cas9核酸酶会发挥活性快速切割目标DNA。vfCRISPR不仅具有时间可控性，还可提供较高的空间分辨率，能够在编辑两个等位基因中的其中之一时确保另一个基因的完好性。相关研究成果发表于《科学》期刊。
2020年7月，中国华东师范大学研究团队开发出一套远红光激活的split-Cas9基因编辑系统，可无创性地诱导动物组织深处细胞中的基因编辑。该系统依赖于两个具有高亲和力结合域的分裂Cas9融合蛋白。Cas9的一半是组成性表达的，而另一半由该研究团队先前建立的细菌光敏色素BphS光学控制系统的FRL诱导控制。实验证明，该系统能在位于动物皮下组织的细胞中强有力地激活基因编辑。该研究扩展了哺乳动物细胞基因编辑的光遗传学工具，可实现器官和肿瘤的远程基因编辑。相关研究成果发表于《科学进展》期刊。
2020年7月，美国麻省理工学院和哈佛大学的研究团队发现细菌毒素DddA可将胞嘧啶（C）转化为尿嘧啶（U）。DddA可直接作用于双链DNA，无须依靠Cas9酶来进行破坏。基于此，该研究团队开发出首个非依赖CRISPER碱基编辑器的线粒体基因编辑工具DdCBE，实现了对线粒体基因组的精准编辑。相关研究成果发表于《自然》期刊。
2020年10月，英国沃里克大学（The University of Warwick）和德国基尔大学的研究团队基于CRISPR基因编辑系统，开发出一种可检测基因活性的基因传感器。该设备可检测细胞内基因的“开启”或“关闭”，并对其变化做出动态反应，使之成为一个潜在的监控系统。研究人员用CRISPR中负责序列识别和结合的可编程部分（gRNA）作为支架，通过将传感器引入gRNA序列中来对其进行重新设计，使CRISPR复合物只有在被如病毒RNA序列的短片段等触发信号激活后才能与DNA靶点结合。相关研究成果发表于《CRISPR》期刊。
（2）研究人员致力于降低CRISPR系统的脱靶率，使基因编辑工具更加安全地应用于各种场景，加速临床和商业化进程
2020年5月，中国农业科学院深圳农业基因组研究所等机构的研究团队开发出高精度、高活性的新型单碱基编辑工具YE1-BE3-FNLS，可显著降低基因编辑脱靶效应。研究团队根据蛋白结构预测了基因编辑过程中决定脱靶的重要氨基酸，并在不影响催化活性的情况下突变相应的氨基酸，显著降低了脱靶效应并提高了编辑效率。该工具有望应用于遗传疾病基因治疗，推动基因编辑临床化应用。相关研究成果发表于《自然·方法》（Nature Methods）期刊。
2020年6月，中国华东师范大学研究团队通过将两个脱氨基酶与一个Cas9切口酶融合来开发出腺嘌呤和胞嘧啶双碱基编辑器（A＆C-BEmax），以在同一目标位点实现C-to-T和A-to-G的碱基转换。与单碱基编辑器相比，A＆C-BEmax使腺嘌呤的活性略有降低，而使胞嘧啶的活性较高，RNA脱靶活性大大降低。相关研究成果发表于《自然·生物技术》期刊。
2020年7月，中国科学院大学、中国农业科学院和美国莱斯大学的研究人员开发出一种可大幅提升基因编辑准确性的新技术——胞嘧啶碱基编辑器A3G-BE。该技术通过仅编辑连续胞嘧啶碱基（C）中的第2个胞嘧啶，大大提高了编辑精度。在含有致病突变的细胞模型实验中，A3G-BE的表现明显优于BE4max（目前被认为是最先进的碱基编辑器）。该技术的精确编辑程度或将对治疗遗传病做出重大贡献。相关研究成果发表于《科学进展》期刊。
2020年8月，美国加州大学伯克利分校（University of California Berkeley，UC Berkeley）和博德研究所的研究团队利用冷冻电镜技术（cryoEM），以3.2埃的分辨率解析了ABE8e结合DNA时的3D结构，揭示了ABE8e容易产生脱靶的原因，即连接在Cas9上的脱氨酶始终处于激活状态。Cas9在细胞中找到预定目标之前，会不断结合并释放成百上千个DNA片段。该成果将为众多从Cas9衍生的基因编辑工具提供设计指导，有助于带来更方便、更可控、更有临床应用价值的基因编辑工具。相关研究成果发表于《科学》期刊。
2020年9月，美国得克萨斯大学（University of Texas System）、美国加州大学和韩国高丽大学（Korea University）的研究团队开发出一种筛选工具“DNA序列库”，可针对不同应用场景选择最佳的CRISPR基因编辑酶，使CRISPR基因编辑技术更安全、便宜和高效。该研究团队开发的“DNA序列库”可测量每种CRISPR酶的准确度、精确度及其编辑过程所用时间等，以帮助科学家比较不同的酶，选择最安全和高效的基因编辑工具。相关研究成果发表于《自然·生物技术》期刊。
（3）基因编辑技术不断攻克各类疾病难题，纳米递送载体进一步降低了该技术进入临床应用的风险
2020年2月，中国浙江大学和中国科学院生物物理研究所研究团队利用CRISPR基因编辑技术成功地抑制了肿瘤生长。研究人员开发出一套依赖于腺嘌呤脱氨酶和CjCas9酶的碱基编辑器（CjABE），以减少在修复DNA双链断裂时造成的碱基错配。该研究使用腺相关病毒（AAV）作为CjABE的表达载体，精准修正了恶性胶质瘤细胞端粒酶基因启动子区域的致癌突变，从而抑制肿瘤细胞的分裂，诱导肿瘤细胞的衰老及凋亡。该研究揭示了端粒酶基因启动子区域突变是肿瘤精准治疗的靶点，开创性地利用基因编辑修正癌变基因，为癌症治疗提供了新思路。
2020年3月，中国北京大学神经科学研究所科学家利用基因编辑技术，在实验大鼠脑中实现了特定记忆精准删除。该研究在两个不同的实验箱里诱发大鼠对箱子的恐惧记忆，进而将基因编辑技术与神经元功能标记技术结合，通过对特定印记细胞群进行基因编辑，精确删掉大鼠对其中一个箱子的记忆，而完好保留其对另外一个箱子的记忆。该研究有望为慢性痛、成瘾等以“病理性记忆”为特征的疾病治疗提供新思路。相关研究成果发表于《科学进展》期刊。
2020年4月，美国得克萨斯大学西南医学中心（The University of Texas, Southwestern MedicalCenter at Dallas）研究团队提出了对靶向递送脂质纳米粒（Lipid Nanoparticles，LNPs）的普适性设计原则（SORT）。SORT可以对含有核酸疗法的LNPs进行精准地、可预测地优化，使其快速实现肝、肺和脾的mRNA靶向递送和CRISPR/Cas9介导的基因编辑，且无须进行大规模体内外实验筛选。SORT技术的发现实现了将RNA纳米颗粒可预测地靶向传递到特定器官，有望推动蛋白质替代和基因校正疗法的发展。相关研究成果发表于《自然·纳米技术》期刊。
2020年6月，中国空军军医大学西京医院牵头，联合杭州启函生物科技有限公司、四川省医学科学院实验动物研究所、云南农业大学动物医学院的科学家，成功实施了多基因编辑猪—猴异种肝、心、肾器官移植手术。研究团队首次在国际上使用猪内源性逆转录病毒（PERV）敲除的13个基因修饰猪作为供体，将一个供体猪的肝、心、肾分别移植给3只恒河猴受体。截至2020年6月29日，移植肝和受体猴已存活16天，这是猪—猴辅助性肝移植国际最长存活时间。该研究为异种器官移植临床应用奠定了基础，有助于解决临床移植器官短缺难题。
2020年11月，以色列特拉维夫大学（Tel Aviv University，TAU）的研究人员开发出基于脂质纳米颗粒（LNP）的新型递送系统，使用该系统进行CRISPR/Cas9基因编辑的效率可达84%以上，且能明显抑制肿瘤生长，使存活率提高80%。该研究首次证明，CRISPR基因编辑可有效治疗活体动物的癌症，经治疗后的癌细胞将永远失活，且无副作用，为癌症和其他慢性病毒性疾病的治疗和研究开辟了新途径。相关研究成果发表于《科学进步》期刊。
2020年12月，美国天普大学研究人员使用CRISPR基因编辑技术剔除了非人灵长类动物基因组中一种与人类免疫缺陷病毒密切相关的猴免疫缺陷病毒。研究人员设计了一种SIV特异的CRISPR/Cas9基因编辑结构，并将其包装成腺相关病毒9（AAV9）载体，形成可静脉注射的AAV9-CRISPR/Cas9，将其注射进SIV感染动物体内，可检测到基因编辑结构已分布到骨髓、淋巴结和脾脏等广泛组织中，并已到达CD4+T细胞病毒库。该项研究对开发人类艾滋病疗法具有重要意义。相关研究成果发表于《自然·通讯》期刊。
（4）基因编辑技术可精确、快速地改善农作物的生物性状，有望推动农业变革
2020年2月，中国农业科学院植物保护研究所研究人员利用单碱基编辑器开发出具有除草剂抗性的水稻新种质“洁田稻”。研究人员提出单碱基编辑技术介导的水稻内源靶标基因的定向进化技术理念，在水稻细胞内人工模拟自然界基因的长期进化过程，短时间内创制成千上万个靶基因的新等位基因材料，用于育种筛选。研究人员将筛选出的抗除草剂基因引入到水稻品种“南粳46”中，将其优化为通过苗期1～2次施药，生育期田间无杂草发生的“洁田稻”。相关研究成果发表于《分子植物》期刊。
2020年3月，美国加州大学戴维斯分校（University of California，Davis，UCD）科学家利用CRISPR基因编辑技术改造出富含类胡萝卜素的水稻。该研究通过CRISPR/Cas9系统在水稻基因组的安全位置插入5.2kb类胡萝卜素生物合成元件，并且通过杂交获得无筛选标记的水稻植株。研究表明，其种子中的类胡萝卜素含量高，并在形态或产量方面均与野生型相似，同时全基因组测序揭示该工程水稻中Cas9不存在脱靶突变。相关研究成果发表于《自然·通讯》期刊。
2020年3月，美国马里兰大学（University of Maryland，College Park，UMD）和中国电子科技大学的研究团队利用CRISPR新基因簇成员Cas12b构建出简单、特异的植物基因组定向编辑系统。该研究针对水稻基因组结构及表达特性，构建了AaCas12b、AacCas12b、BthCas12b共3种水稻基因组敲除、激活、抑制编辑新系统，并对3种Cas12b定向编辑系统的有效性、特异性和适用性进行了细致比较，进一步丰富了植物基因组定向编辑工具库，为CRISPR-Cas12基因组编辑系统在植物功能基因组研究及分子育种实践中的有效应用提供了理论基础及分子工具。相关研究成果发表于《自然·植物》期刊。
2020年5月，美国北卡罗来纳州立大学（North Carolina State University，NCSU）科学家创建出一种新的CRISPR基因编辑技术，可在不引入外源Cas9 DNA的情况下编辑农作物。研究人员借助“脂质转染”方法，通过带正电荷的脂质在CRISPR系统（Cas9和向导RNA）周围建立一种气泡。当注入生物体内时，该气泡与细胞膜结合并融合，从而将CRISPR系统推入细胞本身。该方法使用了Cas9蛋白本身，而不是通常的Cas9 DNA序列，可减少脱靶编辑，且由此产生的农作物在技术上不被视为转基因生物。相关研究成果发表于《植物·细胞报告》（Plant Cell Reports）期刊。
2020年9月，澳大利亚阿德莱德大学（The University of Adelaide）、英国詹姆斯·赫顿研究所（James Hutton Institute，JHI）等研究团队开发出通过CRISPR基因编辑技术迅速改善大麦品质的方法。该研究采用反向遗传学方法，使用CRISPR基因编辑技术改变大麦籽粒中负责制造β-葡聚糖的基因超家族，结果谷物品质、β-葡聚糖组成和含量均产生差异。该研究使科研人员进一步了解了大麦籽粒组成的关键基因，并能通过使用CRISPR技术改进大麦品质，推出最适合目标市场的新品种，促进食品和饲料工业的改善。相关研究成果发表于《植物杂志》（The Plant Journal）期刊。
2020年10月，中国农业科学院作物科学研究所利用CRISPR技术编辑小麦Ms2基因，彻底恢复了矮败小麦育性，为从优良矮败小麦群体和太谷核不育小麦群体中培育小麦新品种奠定了基础。相关研究成果发表于《植物生物技术杂志》（Journal of Plant Biotechnology）期刊。
（三）基因编辑技术在攻克癌症和诊治新冠肺炎方面爆发出巨大潜力
癌症治疗的研究一直是科学难题，而CRISPR/Cas9基因编辑技术的应用和不断完善，为攻克癌症难题提供了新的技术路径。其中，基因编辑的工程化T细胞是目前最具革命性的癌症治疗手段之一。CRISPR/Cas9编辑的T细胞已进入了临床阶段，用于治疗其他方法无效的晚期癌症，并初步证实了方法的可行性和安全性。新冠肺炎的诊治是2020年生物医学领域最紧迫的医学难题，而基因编辑技术为新冠病毒检测、疫苗开发和药物研发等关键环节提供了强大的技术工具。
（1）基因编辑技术赋予细胞疗法更高的效率、稳定性和安全性，为克服癌症带来曙光
2020年2月，美国宾夕法尼亚大学（University of Pennsylvania，UPenn）科学家开展的基于CRISPR基因编辑技术的癌症疗法“NYCE T细胞疗法”Ⅰ期临床试验取得成功。3名超过60岁的患者（2人患有难治性晚期骨髓瘤，另1人患有难治性转移性肉瘤）接受T细胞改造后没有出现任何不良反应，且在治疗后9个月后，患者体内仍能检测到基因编辑的T细胞。该Ⅰ期临床试验证明了CRISPR/Cas9编辑后的T细胞在难治性癌症患者中的安全性和可行性，是美国首次在癌症患者身上测试基于CRISPR基因编辑手段改造的T细胞免疫疗法，为细胞疗法安全有效地应用于肿瘤治疗领域铺平了道路。相关研究成果发表于《科学》期刊。
2020年3月，美国Editas Medicine公司和Allergan公司联合宣布，名为Brilliance的1/2期临床试验已完成首例患者给药。这一临床试验旨在检验基于CRISPR基因编辑技术的在研疗法AGN-151587（EDIT-101），在治疗Leber先天性黑蒙10（LCA10）患者中的安全性、耐受性和疗效。AGN-151587是全球首款在患者体内给药的CRISPR基因编辑疗法。
2020年4月，中国四川大学华西医院科学家发表使用CRISPR基因编辑技术治疗非小细胞肺癌患者的全球首个Ⅰ期临床试验结果。研究人员通过CRISPR/Cas9基因编辑技术破坏患者T细胞中的PD-1基因（癌症细胞用于逃避免疫反应的位点）后，将T细胞输回12名患者体内。结果显示，患者血液中编辑后的T细胞活性增强，只产生了1/2级与治疗相关的不良事件，显示该疗法具有安全性和可行性。研究人员表示，未来的试验应使用改进的基因编辑方法来提高治疗效果。相关研究成果发表于《自然·医学》（Nature Medicine）期刊。
2020年10月，西班牙国家癌症研究中心（Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas，CNIO）研究团队利用CRISPR/Cas9基因编辑工具消除了来自两个不同基因的DNA片段因不正确连接所形成的融合基因。研究团队利用CRISPR/Cas9切除了在尤文氏肉瘤和慢性髓细胞白血病的细胞系和小鼠模型中导致肿瘤的融合基因，从而成功消除了肿瘤细胞。该研究是CRISPR/Cas9首次成功应用于选择性消除肿瘤细胞中的融合基因，为未来开发专门破坏肿瘤细胞而不影响健康细胞的癌症疗法奠定了基础。相关研究成果发表于《自然·通讯》期刊。
（2）CRISPR/Cas基因编辑技术实现新冠病毒和其他疾病的快速精准检测，推动新一轮分子诊断技术革命
2020年2月，美国博德研究所的张锋实验室使用基于CRISPR/Cas13的SHERLOCK技术，开发出新冠病毒快速检测方法。该技术核心是Casl3a切割酶和针对靶序列设计的两条gRNA，分别用于识别新冠病毒的S基因和Orf1ab基因。理论上，只要样本里有新冠病毒相应的RNA，gRNA就会引导Cas13a去切割靶RNA，因此阳性组会出现两条片段，而阴性组仅有一条对照条带。该检测方法异常灵敏且操作简单，仅需3个步骤，1小时内即可完成检测。
2020年5月，美国博德研究所的张锋实验室优化了SHERLOCK技术，开发出新一代新冠病毒CRISPR检测技术“STOP”（SHERLOCK Testing in One Pot），无须纯化病毒RNA，仅在一个试管内即可完成检测过程。该方法具备与RT-qPCR相当的灵敏度，同时简化了提取RNA的步骤，无须特定的实验室，并且可在1小时内得到结果，有助于加快临床检测、扩大检测范围。
2020年9月，美国哈佛大学怀斯研究所（Wyss Institute at Harvard）的研究人员利用CRISPR基因编辑技术开发出一种快速、廉价且非常灵敏的疟疾测试方法。CRISPR/Cas12a酶能切割特定的单链DNA序列，从而靶向样本中来自疟原虫物种的核酸序列，无须传统检测的核酸提取步骤，简化了样品制备和处理。该技术可区分不同的疟原虫种类，且避免了对功能性冷链的依赖，可在医疗资源匮乏地区进行快速现场检测。相关研究成果发表于《美国国家科学院院刊》期刊。
2020年10月，美国加州大学旧金山分校和格莱斯顿研究所（Gladstone Institute）研究人员开发出一种基于CRISPR/Cas13的无扩增手机检测方法，以从鼻咽拭子的RNA提取物中直接检测新冠病毒。该方法在30分钟内即可达到约100 copies/μL的灵敏度，并可在5分钟内准确检测出一组阳性临床样本。与手机的定量分析软件相结合，该方法可提供快速、低成本的现场筛查，帮助新冠肺炎疫情高发地区控制疫情蔓延。
四、干细胞
干细胞疗法推动了再生医学的发展，是继药物治疗、手术治疗之后的又一场医疗革命。经过多年发展，干细胞疗法的安全性、有效性不断提高，应用领域从组织修复、免疫系统疾病治疗向肿瘤医治、人造器官、抗击衰老等进一步扩展，尤其以嵌合抗原受体T细胞免疫疗法（Chimeric AntigenReceptor T-Cell Immunotherapy，CAR-T）为代表的过继性细胞免疫治疗、免疫检查点治疗等在肿瘤治疗领域取得的新突破，正加速以干细胞和肿瘤免疫细胞为主的细胞治疗技术在全球范围内的应用。干细胞专利授权数量持续高速增长，临床试验也如火如荼地往前推进，预示着干细胞产业即将进入爆发期。引人注目的是，在抗击新冠肺炎疫情中，干细胞展现出巨大的应用潜力：肺、肠、心脏和大脑等不同器官系统的干细胞模型可作为直接研究新冠肺炎多器官功能受损的利器；多种干细胞疗法也在治疗新冠肺炎及其并发症方面表现出积极疗效。。
（一）全球干细胞科研及产业发展现状
（1）全球干细胞临床研究的发展现状
在干细胞研究领域成为前沿热点的背景下，截至2020年12月，全球登记的干细胞临床试验已超过7000项，其中有近3000项已完成临床试验研究。从疾病治疗领域来看，神经系统疾病、癌症和肿瘤类疾病、出生前疾病和异常、血液和淋巴疾病、心血管疾病是目前临床研究数量较多的疾病领域。在干细胞治疗的细胞种类选择上，造血干细胞的临床试验数量最多（约占总量的50%），其次为间充质干细胞；此外，神经干细胞和多能干细胞的治疗研究进入临床试验阶段的项目数量也相对较多，其中神经干细胞主要被应用于中枢神经系统疾病的治疗，而多能干细胞主要被应用于眼部疾病和遗传性疾病的治疗。
（2）全球干细胞疗法产业的发展现状
2020年9月，全球知名行业调研机构Reportlinker发布的全球干细胞疗法产业报告显示，随着干细胞临床应用数量的显著增加及慢性病新疗法的出现，加上自动化及智能化细胞处理和存储技术的发展，未来几年全球干细胞产业的增长势头将非常强劲。全球干细胞市场预计到2027年将达到151亿美元。干细胞在细胞替代、组织修复及疾病治疗等方面有着极大的潜力，已被用于解决许多医学难题。以CAR-T为代表的过继性细胞免疫治疗、免疫检查点治疗等在肿瘤治疗领域取得新突破，技术演进正加速以干细胞和肿瘤免疫细胞为主的细胞治疗技术在全球范围内渗透。2001—2019年年底，全球获批上市的干细胞药品累计有31个，涉及国家和地区包括美国（3个）、欧洲（5个）、日本（5个）、韩国（12个）、印度（3个）、澳大利亚（2个）、加拿大和新西兰（为同1个）。
2020年以来，全球干细胞新药上市取得许多新进展。2020年8月，印度药品监督管理局（Drug-Controller General of India，DCGI）监管批准了同种异体间充质干细胞疗法Stempeucel的上市。该产品的适应证为伯格氏病和动脉粥样硬化性外周动脉疾病引起的严重肢体缺血，是首个获批在印度用于商业用途的异体细胞疗法产品，也成为2020年全球首个上市的干细胞新药产品。2020年9月，美国食品药物监督管理局肿瘤药物咨询委员会（Oncologic Drugs Advisory Committee，ODAC）认定，现有数据支持Mesoblast Ltd公司的同种异体间充质干细胞疗法Ryoncil（remestemcel-L）治疗儿童类固醇难治性急性移植物抗宿主病（SR-aGVHD）的有效性。该药物正在接受优先审评，有望尽快投入使用。
目前，中国尚无干细胞产品上市，但从国家到地方政府都在积极推进干细胞转化及产业化进程。2020年，中国新增了7个间充质干细胞新药获得临床批件，累计已有11款间充质干细胞新药申请获得临床批件，适应证包括移植物抗宿主病、牙周炎、炎症性肠病、类风湿关节炎、缺血性脑卒中、膝骨关节炎、糖尿病足等。
（二）干细胞基础研究领域不断涌现重大突破
干细胞新类型和新调控机制的发现，不断扩展干细胞的应用场景。通过使用干细胞制造的人造器官种类越来越多，功能也日益完善。干细胞的深入研究不仅加深了人们对衰老问题的认识，也在抗衰老方面取得实质性进展。干细胞在癌症、心血管疾病、自身免疫性疾病等方面都拥有巨大的应用潜力，不断攻克各类医学难题。更为重要的是，干细胞疗法的安全性和有效性不断提高，正在被积极用于治疗新冠肺炎相关并发症，或将成为抗击新冠肺炎疫情的重要突破口。
（1）干细胞的新类型和新机制不断被发现
2020年1月，日本理化学研究所（RIkagaku KENkyusho/Institute of Physical and ChemicalResearch，RIKEN）的研究团队利用多光子显微镜，捕捉到小鼠胎儿脑组织中神经干细胞的形状变化，发现神经干细胞能灵活地再生柱状形态。这种再生能力可在早期脑发育阶段保持脑组织的细胞排列，在脑发育后期促进形成新的神经干细胞层，进而形成大脑褶皱。相关研究成果发表于《自然·细胞生物学》（Nature Cell Biology）期刊。
2020年3月，美国康涅狄格大学（University of Connecticut，UConn）、哈佛大学和新西兰奥克兰大学（The University of Auckland，UoA）科学家合作发现具有生成新骨骼能力的一类干细胞，即位于骨骼内部的血管周细胞。这些干细胞可生成骨细胞，调节骨形成或参与骨量的维持和修复。相关研究成果发表于《干细胞》（Stem Cells）期刊。
2020年6月，中国南开大学研究人员联合北京大学第三医院、广州医科大学第三医院的研究人员发现，敲除p53基因可抑制细胞凋亡，从而维持小鼠单倍体胚胎干细胞在日常传代培养和体内外分化过程中的单倍性，可减少小鼠单倍体胚胎干细胞在日常培养和分化过程中的二倍化现象。该研究为获取各种单倍体分化细胞提供了快速有效的策略，也推广了单倍体细胞在各个谱系的遗传学筛选研究。相关研究成果发表于《干细胞报告》（Stem Cell Reports）期刊。
2020年10月，瑞典卡罗林斯卡学院（Karolinska Institute，KI）的研究人员使用单细胞转录组和染色质可及性分析发现，小鼠脊髓干细胞可在脊髓损伤后被重新编程而产生具保护性的少突胶质细胞，从而增强神经的修复作用。脊髓损伤后在体内诱导表达转录因子Olig2可引发局部室管膜细胞迅速生成新的少突胶质细胞，后者可帮助修复轴突，改善损伤部位附近的神经沟通。该研究揭示了小鼠室管膜细胞隐伏的转录潜能，通过类似方法募集驻留干细胞或可作为中枢神经系统损伤后干细胞移植的替代方法。相关研究成果发表于《科学》期刊。
（2）干细胞推动人造器官和再生医学加速发展
2020年3月，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心的研究人员在小鼠身上发现一群新型细胞Procr+，并证实Procr+细胞是胰岛中的成体干细胞。研究人员借助干细胞体外培养的方法，建立了一种Procr+胰岛干细胞与血管细胞共培养的3D培养体系，成功培育出有功能的小鼠“人工胰岛”（胰岛类器官），为下一步人体“人工胰岛”研究提供了理论依据和技术支持。相关研究成果发表于《细胞》期刊。
2020年6月，美国匹兹堡大学（University of Pittsburgh，PITT）医学院科学家将人类皮肤细胞重编程为诱导多能干细胞（induced Pluripotent Stem Cells，iPSC），并诱导iPSC细胞分化为人类肝细胞，将之放置在已被剥离自身所有细胞的大鼠肝脏支架中，最终在体外培育出功能齐全的微型人类肝脏。该“微型人肝”功能正常，可分泌胆汁酸和尿素，且在大鼠血清中可检测到人奥古蛋白。相关成果发表于《细胞·报告》（Cell Reports）期刊。
2020年6月，美国哈佛医学院（Harvard Medical School，HMS）科学家开发出一种可直接从人类多能干细胞产生复杂皮肤的类器官培养体系，首次在体外构建出非常接近真实人类皮肤的皮肤类器官，可长出毛发、分泌皮脂并且对触摸敏感。该成果有望成为研究人类皮肤发育的工具，并加深研究人员对疾病建模、脱发治疗和重建手术的认识。相关研究成果发表于《自然》期刊。
2020年6月，英国…
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