2025年《自然-生物医学工程》年度突破：从CRISPR-GPT到精准免疫治疗的多领域创新

《Nature Biomedical Engineering》：2025 in review

本刊编辑团队精选2025年度多领域突破性研究：CRISPR-GPT实现AI驱动的基因编辑自动化设计；BACTRINS平台利用CRISPR转座系统精准调控肠道菌群；DrugGPT为临床用药提供防幻觉决策支持；LUCAS系统实现无需核酸扩增的高灵敏床旁检测；3D打印阴茎模型成功恢复动物勃起功能；Albumin-hitchhiking纳米抗体-STING激动剂偶联物突破肿瘤免疫递送瓶颈。这些成果彰显了交叉学科在解决生物医学难题中的强大潜力。

　　

在生物医学工程快速发展的今天，研究者们持续面临多重挑战：基因编辑技术的精准调控仍存在瓶颈，微生物组工程缺乏高效原位干预工具，人工智能在临床决策中的可靠性亟待提升，床旁诊断的灵敏度和自动化水平需进一步突破，复杂组织模型的构建及其在药物筛选中的应用尚不完善，而肿瘤免疫治疗的递送效率和特异性也有待提高。这些关键瓶颈制约着相关技术向临床转化的进程。

2025年《自然-生物医学工程》（Nature Biomedical Engineering）汇集的多项突破性研究，为这些难题提供了创新解决方案。Wang, Cong团队开发的CRISPR-GPT工具，巧妙融合大型语言模型的推理能力与专家知识，实现了基因编辑工作流的自动化设计；Wang团队构建的BACTRINS平台通过CRISPR相关转座系统，成功灭活细菌毒素基因并转化病原体为保护性载体；Liu团队研发的DrugGPT攻克了AI聊天机器人幻觉难题，为个体化用药提供证据支持；Shafiee团队开发的LUCAS生物发光系统，无需核酸扩增即可实现多病原体高灵敏检测；Wang, Leong, Shi团队通过3D打印阴茎组织模型，成功恢复动物勃起功能；Wilson团队设计的白蛋白搭车（albumin-hitchhiking）纳米抗体-STING激动剂偶联物，显著提升肿瘤免疫治疗靶向性。

关键技术方法包括：基于大型语言模型的基因编辑工作流优化（CRISPR-GPT）、CRISPR转座系统介导的微生物基因组编辑（BACTRINS）、抗幻觉算法构建的临床决策支持系统（DrugGPT）、磁珠免疫检测与酶级联反应结合的生物发光技术（LUCAS）、内皮细胞种植的3D打印组织构建、白蛋白偶联纳米载体靶向递送技术。研究涉及小鼠、兔、猪及非人灵长类动物模型，部分验证使用患者临床样本。

基因组编辑领域的突破

CRISPR-GPT通过整合人类输入与专家知识，生成涵盖gRNA设计、递送方案的全工作流，显著提升编辑效率；Cas12a基因敲入小鼠模型实现双基因同步调控；肾脏特异性AAV（腺相关病毒）载体在大型动物模型中展示出优于AAV9的转导效率。

微生物组工程创新

BACTRINS平台利用CRISPR相关转座酶系统，原位灭活志贺毒素基因，使大肠杆菌从致病菌转变为可表达纳米抗体保护肠上皮的功能菌，为微生物疗法提供新思路。

机器学习在医学中的应用

DrugGPT通过专业数据库训练避免错误信息输出；RETFound模型使用合成视网膜图像数据突破训练数据量限制；生成式AI隐私风险研究为数据安全使用敲响警钟。

床旁诊断技术进展

LUCAS系统通过磁珠免疫检测与酶级联反应，实现HIV、HBV等病原体的高精度检测；微芯片设备通过抗原特异性T细胞响应量化，完成结核病便携诊断。

组织与疾病模型构建

3D打印海绵体血管模型结合内皮细胞移植，成功恢复动物性功能；心脏微生理模型加速脂质纳米颗粒-mRNA复合物的心脏靶向递送方案优化。

癌症免疫治疗新策略

白蛋白搭车技术延长STING激动剂循环半衰期，促进肿瘤富集；Ubi-tagging平台实现抗体药物精准偶联，提升双特异性T细胞衔接器构建效率。

神经科学机制探索

小脑运动频率处理模型的建立，为脑功能损伤患者提供通用型运动控制方案，突破个性化训练数据集依赖。

这些研究通过交叉学科创新，在基因编辑精准化、微生物组重编程、AI医疗可靠性、诊断便携化、组织功能重建、免疫治疗靶向性等方向取得实质性进展。其中CRISPR-GPT的工作流自动化设计、BACTRINS的病原体功能转化、LUCAS的无扩增检测技术、3D打印组织功能重建等突破，不仅解决特定技术瓶颈，更构建了可推广的方法学框架。肿瘤免疫治疗中的白蛋白搭车策略与Ubi-tagging平台，为药物递送和抗体工程提供新范式；神经科学中通用运动控制模型的验证，为脑机接口开发开辟新路径。这些成果系统性推进了生物医学工程从技术创新到临床应用的转化进程，彰显了跨学科融合在解决复杂生物医学问题中的核心价值。