主題大綱
- 前言： 2025，當科幻小說成為醫療現實——生物技術與 AI、量子計算的終極融合。
- 趨勢一：體內工廠 (In Vivo Revolution) —— 告別昂貴的體外培養，人體直接變身藥物製造廠。
- 亮點： 體內 CAR-T 生成、罕見疾病的體內鹼基編輯。
- 趨勢二：基因剪刀 2.0 (Beyond CRISPR) —— 從「修錯字」進階到「寫文章」，大片段 DNA 編輯的時代來臨。
- 亮點： 橋接重組酶、反轉錄轉座子。
- 趨勢三：矽基生物學 (Silicon Meets Biology) —— 當量子算力與 AI 代理人接管實驗室。
- 亮點： 量子藥物發現、AI 實驗室代理人、計算代謝體學。
- 趨勢四：精準醫療新範式 (New Clinical Paradigms) —— 個人化疫苗與器官晶片的崛起。
- 亮點： 個人化癌症疫苗、器官晶片與類器官。
- 趨勢五：被忽視領域的創新 (Solutions for the Neglected) —— 解決全球健康危機與日常病痛。
- 亮點： 奈米抗體抗蛇毒血清、工程益生菌治療腎結石。
- 結語與 Take Home Message： 我們正站在醫療歷史的轉折點。
1. 前言：大融合時代的降臨
如果說過去十年是我們「閱讀」基因組的時代，那麼 2025 年標誌著我們正式進入了「精準改寫」與「計算」生命的時代。《Nature Biotechnology》編輯部選出的年度十大突破，清晰地揭示了一個趨勢：生物科技（Biotech）不再單打獨鬥，而是與基因編輯、細胞療法、免疫療法以及人工智慧（AI）發生了劇烈的「加速融合」。這種融合不僅讓治療更精準，更讓過去被視為天方夜譚的療法（如量子計算製藥、體內細胞重編程）落地成為現實。
2. 趨勢一：體內工廠——醫療的可及性革命
長久以來，像 CAR-T 這樣的細胞免疫療法雖然對抗癌症效果顯著，但其「客製化」過程極其繁瑣：需從患者體內抽出 T 細胞，在無菌實驗室中進行基因改造與擴增，再輸回患者體內。這導致了高昂的成本與漫長的等待時間。體內 CAR-T：省去中間商
2025 年的一項里程碑研究徹底顛覆了這一流程。科學家利用靶向脂質奈米顆粒（Lipid Nanoparticles, LNPs）——類似於 mRNA 疫苗的載體技術——將編碼 CAR 的 mRNA 直接遞送到患者體內的特定 T 細胞亞群中 。 這意味著，患者的身體本身就成了「生物反應器」。這種方法不需要複雜的外部製造工廠，也不需要讓患者接受高強度的化療預處理（通常用於為回輸細胞騰出空間）。生物科技公司正大舉將焦點轉向這種「體內生成（In vivo generated）」策略，預示著細胞療法將變得像打疫苗一樣普及 。
罕見病的體內編輯首例
對於罕見疾病患者而言，這項技術更是救命稻草。2025 年，一名患有嚴重的尿素循環障礙——CPS1 缺乏症的嬰兒 KJ，接受了一種客製化的 LNP 遞送鹼基編輯療法 。這種療法直接在嬰兒體內修正了致病基因。治療過程安全，且效果顯著 。雖然目前仍需針對不同病患進行客製化擴展，但這標誌著基因編輯技術已成功跨越實驗室與臨床的鴻溝，為那些「無藥可醫」的罕見病群體帶來了真正的希望 。
3. 趨勢二：基因剪刀 2.0——操控基因組的上帝視角
CRISPR 技術雖然強大，但它更像是「刪除鍵」或小範圍的「修正液」。當面對需要插入長片段 DNA 或進行大規模基因重組時，傳統 CRISPR 往往力不從心。2025 年，兩項新技術讓基因工程進入了「複製貼上」的新維度 。
橋接重組酶與反轉錄轉座子
就在大家以為基因編輯工具已經飽和時，橋接重組酶（Bridge Recombinases） 與 反轉錄轉座子（Retrotransposons） 橫空出世。
- 橋接重組酶 被證實能高效地插入、切除甚至翻轉大片段的 DNA 區域，給予科學家前所未有的基因組結構操控權 。
- 更令人驚嘆的是，科學家將反轉錄轉座子與 CRISPR-Cas9 缺刻酶（nickase）融合，實現了「無痕插入」。這項技術可以精準地將從單個鹼基到長達 12.7 kb 的 DNA 片段插入基因組，且不會留下傳統方法常見的疤痕或錯誤 。這相當於從「修訂錯字」進化到了「整段重寫」的層級。
4. 趨勢三：矽基生物學——算力即是藥力
計算科學在 2025 年對生物學的滲透達到了臨界點。AI 和量子計算不再是輔助工具，而是發現過程的核心驅動。
量子計算攻克「不可成藥」蛋白
KRAS 蛋白是著名的致癌驅動因子，但由於其表面平滑、結構複雜，長期以來被藥物研發界視為「不可成藥（undruggable）」的噩夢 。 2025 年，量子生成模型（Quantum generative models）與經典藥物發現方法聯手，成功挑戰了這一難題。這個「古典-量子」混合工作流採樣了 100 萬種化合物，並從中篩選出 15 個具備藥理活性的候選藥物 。這是量子計算首次在《Nature Biotechnology》年度回顧中佔據一席之地，證明了量子優勢在生物醫藥領域的實質潛力 。
AI 代理人：你的下一位實驗室同事
「代理式 AI（Agentic AI）」系統在 2025 年展現了驚人的自主性。這些系統利用大型語言模型（LLMs），不僅能回答問題，還能主動簡化工作流程、減少人類勞動 。它們已經能夠幫助科學家選擇最適用的 CRISPR 系統，甚至發現新的基因轉移路徑 。隨著 ToolUniverse 等新資源的出現，AI 將從「工具」升級為「共同科學家（Co-scientists）」，指導未來的實驗設計 。
計算代謝體學的 Transformer 時刻
在代謝體學領域，串聯質譜分析雖然能產生海量數據，但過去只有 2% 的分子結構能被現有資料庫註釋，絕大多數數據如同「暗物質」般無法解讀 。今年，一個基於高質量數據集訓練的新型 Transformer 模型改變了遊戲規則。它能精準註釋那些未知的光譜，為理解生物樣本的分子組成提供了強大的「翻譯機」 。
5. 趨勢四：精準醫療新範式——倫理與療效的雙贏
告別動物實驗，擁抱器官晶片
隨著美國 FDA 宣布逐步淘汰抗體和藥物的動物測試，科研界急需替代方案 。腫瘤晶片（Tumor-on-a-chip） 模型在 2025 年證明了其價值。這些微型裝置不僅能模擬免疫細胞在腫瘤微環境中的動態募集，還能提供與現有臨床前模型互補的數據 。更重要的是，器官晶片所需的基礎設施遠少於龐大的動物房，這對於中低收入國家的科研發展是一大利多 。
個人化癌症疫苗的臨床勝利
「癌症疫苗」喊了很多年，終於在 2025 年看到了堅實的臨床證據。兩項針對特定腫瘤突變（新抗原）定製的疫苗試驗取得了成功：
- 針對腎細胞癌（9 名患者）。
- 針對胰腺導管腺癌（8 名患者）。 這證明了針對每位患者腫瘤獨特特徵的「個人化疫苗」，有能力改變這些凶險癌症的治療進程 。
6. 趨勢五：被忽視領域的創新——細菌與蛇毒
科技的進步不應只服務於癌症，也應解決生活中的痛點與全球衛生危機。
工程益生菌消滅腎結石
利用改造微生物治病（活體生物藥）過去常因細菌無法在腸道長期定殖而失敗 。但在 2025 年，科學家成功改造了一種常見腸道菌——Bacteroides vulgatus。這種工程菌被植入了一個能分解草酸鹽（腎結石的主要成分）的基因模組，不僅能有效治療腸源性高草酸尿症，還能在不破壞原生菌群多樣性的前提下成功定殖 。
重組抗蛇毒血清：終結血清危機
蛇咬傷是撒哈拉以南非洲嚴重的公共衛生問題，但廣譜抗蛇毒血清的開發一直困難重重 。2025 年，一種基於「奈米抗體（Nanobody）」的重組抗蛇毒血清問世。這款血清僅混合了 8 種重鏈抗體，卻能驚人地中和該地區 18 種醫療相關劇毒蛇類中的 17 種 。這展示了合成生物學如何以低成本、高效率的方式解決傳統血清生產難題。
結語與 Take Home Message
2025 年的生物科技發展，不僅僅是技術參數的提升，更是治療範式的轉移。我們從「治療疾病」轉向「編輯錯誤」，從「依賴動物」轉向「模擬器官」，從「試錯法」找藥轉向「量子計算」設計藥物。
Take Home Message (重點總結):
- 體內編輯成真： 透過 LNP 技術，人體已可直接作為 CAR-T 或基因編輯的工廠，大幅降低了治療門檻與成本。
- 算力顛覆藥研： 量子計算與 AI 代理人已具備實戰能力，成功攻克了 KRAS 等「不可成藥」靶點，並開始自主優化實驗流程。
- 基因工程升級： 橋接重組酶與反轉錄轉座子讓「大片段 DNA」的精準插入成為可能，解決了 CRISPR 的侷限。
- 倫理與效率並行： 器官晶片與個人化疫苗的成功，證明了我們可以在減少動物實驗的同時，獲得更精準的人體反應數據。
- 解決被忽視的痛點： 從抗蛇毒到防腎結石，合成生物學正在解決那些被大型製藥廠忽略、但影響深遠的健康問題。
資料來源:
https://www.nature.com/articles/s41587-025-02961-w
