1. 人工智能在科学发现中的应用

开拓知识新领域

| 奥尔加·芬克
瑞士洛桑联邦理工学院智能维护与运营系统助理教授

| 托马斯·哈通
约翰·霍普金斯大学彭博公共卫生学院教授

李相烨
高级副总裁（研究）；韩国科学技术院特聘教授

安德鲁·梅纳德
亚利桑那州立大学未来创新与社会学院教授

人工智能 (AI) 的突破——例如深度学习、生成式人工智能和其他基础模型——使科学家能够做出原本几乎不可能的发现，并更广泛地加快科学发现的速度。

Image: Midjourney 和 Studio Miko。

过去几年，人工智能在科学发现中的应用方式发生了翻天覆地的变化。从DeepMind公司的AlphaFold（一种能够精确预测蛋白质结构三维模型的人工智能系统）到发现新型抗生素和更高效电池材料，世界正处于一场由人工智能驱动的革命的风口浪尖，这场革命将彻底改变新知识的发现和应用方式。^1,2,3 根据美国总统科技顾问委员会最近的一份报告，“人工智能有潜力改变所有科学学科以及我们开展科学研究的诸多方面”。⁴

人工智能在科研领域应用多年，但近年来深度学习、生成式人工智能和基础模型的进步带来了变革性的影响。科学家们正在构建和使用大型语言模型来挖掘科学文献，与人工智能聊天机器人合作集思广益地提出新的假设，创建能够分析海量科学数据的人工智能模型，并利用深度学习进行科学发现。他们还在探索如何将人工智能和机器人技术与实验室方法相结合，以创新的方式加速科研进程。

因此，人工智能正成为科学研究中一项变革性的通用技术，能够发掘出原本可能被埋没的发现。以目前的创新速度来看，这些发现很可能在以下领域取得进展：

• 疾病的诊断、治疗和预防。

• 新型材料助力下一代绿色技术的发展。

• 生命科学领域的突破性进展，拓展了人们对生物学的现有理解。

• 对人类思维的理解发生了变革性的飞跃，等等。

科学家预测，未来几年通用人工智能将彻底改变科学发现过程的方方面面。研究人员可以借鉴以往的研究成果来展望新的可能性——人工智能能够建立联系并得出超越人类思维能力的推论。

伦理方面的考量和挑战依然存在——这些强大的技术对个人隐私、自主权和身份构成的风险程度，以及可能造成的社会动荡，目前尚不完全清楚。⁵此外，还必须考虑维持人工智能发展所需的能源消耗和资源开采所带来的环境影响。

同样，还需要开展更多研究来有效管理这项技术的影响。⁶ 例如，解决数据集中固有的偏差并提高模型生成内容的可靠性对于维护科学诚信至关重要。确保数据符合伦理规范并保护研究对象的隐私需要严格的安全措施。妥善处理知识产权问题，特别是模型生成内容的所有权和版权问题，对于协作环境至关重要，必须予以重视。

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2. 隐私增强技术

赋能大规模全球协作

| 奥尔加·芬克
瑞士洛桑联邦理工学院智能维护与运营系统助理教授

| 莉塞特·范·格默特-皮恩
特温特大学说服性健康技术教授

李东元
宾夕法尼亚州立大学教授

安德鲁·梅纳德
亚利桑那州立大学未来创新与社会学院教授

巴斯蒂安·范·斯海恩德尔
ZORGTTP创新经理

获取日益庞大的数据集——尤其是在人工智能应用方面——正在改变研究、发现和创新。然而，对隐私、安全和数据主权的担忧限制了高价值数据在国家和全球范围内的共享和使用程度。一套新兴且强大的技术使得以解决这些问题的方式共享和使用敏感数据成为可能。

Image: Midjourney 和 Studio Miko。

近年来，人们对“合成数据”的兴趣日益浓厚。⁷ 这些数据能够复制敏感数据集中的模式和趋势，但不包含任何可能与个人关联或损害组织或政府利益的具体信息。得益于人工智能技术的进步，合成数据打破了处理敏感数据诸多限制，并为全球数据共享以及生物现象、健康相关研究、人工智能模型训练等领域的合作研究开辟了新的可能性。然而，即便合成数据已应用于国家层面，来源国的健康趋势仍会暴露出来，此类担忧仍需加以解决。

人们对同态加密技术也重新燃起了兴趣，这项技术起源于20世纪70年代^8,9。同态加密并非重建与原始数据具有相同特征的数据集，而是允许在不直接访问原始数据的情况下分析编码后的数据。尽管前景广阔，但这种加密方式需要消耗更多的能源和资源。
需要时间才能取得可靠的结果。

随着人工智能的进步改变了数据的价值，合成数据生成和同态加密等技术有望在确保隐私、安全和数据主权的前提下，实现数据的共享和访问。尤其是在健康相关研究领域，以不损害个人和社区权利与安全的方式获取数据，已展现出加速疾病检测、治疗和预防进展的潜力。¹⁰

要充分发挥人工智能的潜力，有效的数据共享和利用技术至关重要，这些技术必须能够保护隐私、安全和数据主权。然而，尽管合成数据和同态加密具有巨大潜力，但它们也存在一些局限性。例如，合成数据难以准确表示潜在的重要边缘案例或异常值；此外，尽管这两种技术都具有去标识化特性，但仍存在推断或重构敏感数据的潜在可能性。为了确保这些技术的成功应用，还需要进一步研究其相关技术及其使用政策。¹¹

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3. 可重构智能表面

利用智能镜子革新无线连接方式

| 穆罕默德-斯利姆·阿卢伊尼
阿尔-花剌子模杰出教授，电气工程
以及阿卜杜拉国王科技大学的计算机工程专业

约瑟夫·康斯坦丁
贝鲁特美国大学电气与计算机工程系副教授

马尔科·迪·伦佐
法国国家科学研究中心信号实验室研究主任
巴黎-萨克雷大学系统（L2S）

哈维尔·加西亚-马丁内斯
阿利坎特大学化学教授兼分子纳米技术实验室主任

全球对更高数据速率、更低延迟和更节能的连接需求正呈爆炸式增长。¹² 备受期待的 6G 网络将于 2030 年推出，预计这将进一步加剧这种需求压力。为了应对这些挑战，未来的网络需要进行增强容量和连接性的设计，并高度重视环境可持续性。可重构智能表面 (RIS) 应运而生，它利用超材料、智能算法和先进的信号处理技术，将普通的墙壁和表面转化为用于无线通信的智能组件。

Image: Midjourney 和 Studio Miko。

与“智能镜”的概念类似，RIS能够精确控制电磁波的聚焦，从而减少干扰并降低对高发射功率的需求。同时，RIS具有高度自适应性，可以根据实时需求动态调整配置。这种自适应性能够有效利用资源，并提高无线网络的能源效率。^13,14,15

RIS硬件平台的发展和实验项目的激增引起了电信行业利益相关者的极大兴趣，他们热衷于探索RIS在下一代无线网络中的应用潜力。RIS与现有无线网络的有效集成是一个重要的里程碑。多个RIS平台已从硬件角度展示了该技术令人瞩目的性能。¹⁶

RIS 的发展可能会对多个工业领域产生广泛影响。¹⁷ 例如，在智能工厂中，定制的无线电波传播可以确保在高度复杂的环境中实现可靠的通信。RIS 使传感器能够以极低的功耗传输数据，从而满足物联网 (IoT) 的需求，而物联网本身需要消耗大量的能源。对于车载网络而言，RIS 通过实现车辆与基础设施之间可靠的通信来增强安全性。为了改善农业环境中的覆盖范围，RIS 是一种具有低能耗和高性价比的极具前景的解决方案。¹⁸

市场情报报告显示，RIS 即将迎来指数级普及和增长。包括罗德与施瓦茨、华为、中兴、英特尔和三星在内的多家公司都在投资 RIS，这强烈表明 RIS 将在未来几年成为电信领域的核心。¹⁹

然而，在此之前，还有几个突出的挑战需要解决，包括高昂的硬件成本，以及制定关于安全和合乎道德地使用硬件的明确标准和法规的必要性。
这项技术。20

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4. 高海拔站台

从平流层弥合互联网鸿沟

| 穆罕默德-斯利姆·阿卢伊尼
阿卜杜拉国王科技大学电气与计算机工程系花剌子模杰出教授

玛丽埃特·迪克里斯蒂娜
波士顿大学传播学院新闻实践系主任兼教授

高空平台站（HAPS）运行于平流层，距离地球表面约20公里。它们通常以气球、飞艇或固定翼飞机的形式存在，为观测和通信提供稳定的平台，并可连续运行数月。太阳能电池板效率、电池能量密度、轻质复合材料、自主航空电子设备和天线的进步，以及频段的扩展和新的航空标准的出现，使得HAPS在短期内成为可能。HAPS能够提供卫星和地面基站无法比拟的连接性、覆盖范围和性能提升，尤其是在山区、丛林或沙漠等地形复杂的地区。²¹

高空平台系统 (HAPS) 可在偏远和欠发达地区提供增强的长期连接和通信。Image: Midjourney 和 Studio Miko。

接入互联世界是通往未来的桥梁，它不仅能创造繁荣之路和新的教育机遇，还能加强社会联系。然而，根据国际电信联盟（ITU）的数据，全球仍有约三分之一的人口无法上网。妇女和老年人受到的影响尤为严重。²² 解决这一挑战的关键在于改善基础设施。

高空物理空间站（HAPS）可以改善传统通信基础设施覆盖不足的社区，特别是偏远地区的网络连接状况。新冠疫情凸显了互联网接入的重要性，揭示了网络连接方面的差距如何加剧社会经济不平等。通过弥合这一数字鸿沟，HAPS技术可以帮助人们获得教育、医疗和经济机会。

除了提供互联网接入外，这些适应性强的平台还能在各种关键应用中发挥重要作用，例如支持灾害管理、增强宽带覆盖范围和环境监测。高空平台系统（HAPS）能够快速部署并适应不断变化的环境，这使其成为应急管理中不可或缺的工具，因为及时的信息和通信可以挽救生命。²³

航空航天工程领域的领军企业对高空平台（HAPS）的投资，推动了材料、推进系统和太阳能电池技术的进步。²⁴ 如今，高空平台已具备商业化和实际部署的经济可行性。拥有丰富知识和资源，能够开发可靠、长航时高空平台的机构，也为高空平台的演进及其在未来通信基础设施中的作用做出了贡献。

行业案例包括空客Zephyr、泰雷兹Stratobus和波音Aurora项目。更低的延迟、更低的成本、更高的容量、更便捷的硬件升级和更快的部署速度都是极具吸引力的商业优势。2023年市场规模为7.833亿美元，预计从2023年到2033年将以10.4%的复合年增长率增长。

然而，高空平台飞行器（HAPS）在平流层高度长时间运行，与传统的有人驾驶飞机在诸多方面存在差异，现有的监管框架并不适用。国际民用航空组织（ICAO）等机构正在积极探讨新的政策和指导方针，以促进高空平台飞行器的负责任部署。²⁶

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5. 集成传感与通信

构建具有数字化意识的下一代网络

| 穆罕默德-斯利姆·阿卢伊尼
阿卜杜拉国王科技大学电气与计算机工程系杰出教授——花剌子模

约瑟夫·康斯坦丁
贝鲁特美国大学电气与计算机工程系副教授

| 克里斯托斯·马苏罗斯
伦敦大学学院信号处理与无线通信教授

数十年来，传感和通信技术各自独立发展，导致功能重叠的设备数量过多，造成设备拥塞、频谱效率低下和经济损失。²⁷ 集成传感与通信（ISAC）通过将传感和通信功能集成到单个系统中来解决这一问题，从而实现数据的同步采集和传输。这种集成优化了硬件、能源和成本效益，同时还催生了超越传统通信范式的新型应用。²⁸

ISAC 将数据收集和传输合并到一个系统中，优化了效率并实现了创新应用。Image: Midjourney 和 Studio Miko。

ISAC 使无线网络具备环境感知能力，从而实现定位、环境测绘和基础设施监控等功能。例如，环境监控系统利用传感器和数据分析来监测空气和水质、土壤湿度和天气状况。这些系统有助于智慧农业、环境保护和城市规划。此外，智能电网将传感器和通信技术集成到电网中，提高了效率和可靠性，同时实现了对电力消耗和生产的监控。^29,30

采用ISAC有望使器件利用更具可持续性。潜在益处包括降低能源和硅消耗，以及改善器件的再利用、回收或重新利用方案。³¹

光无线ISAC技术代表着一项令人振奋的进步。通过集成传感和通信功能，照明和显示系统可以无缝融入无线生态系统。发光表面可以作为网络节点，在不产生电磁干扰的情况下实现通信和传感。这在智能医疗和工业制造等敏感环境中尤为有利。³²

然而，ISAC潜力的实现取决于克服技术障碍、建立通信标准以及确保网络层面的协调。其成功与否将取决于它在各个行业的应用程度，从联网汽车到电子医疗，无所不包。³³ 这凸显了该领域持续创新与合作的必要性。

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6. 面向建筑世界的沉浸式技术

为建设和维护奠定新基础

卡洛·拉蒂
麻省理工学院城市技术教授

| 兰德里·西涅
亚利桑那州立大学雷鸟全球管理学院教授

| 竹胁伊鹤
京都工艺美术大学校长兼教授，京都大学建筑工程学名誉教授

当各大科技平台在元宇宙中寻求应用前景时，有一个行业正蓄势待发，即将迎来变革：建筑业。沉浸式和人工智能驱动的沉浸式现实工具能够帮助设计师和建筑专业人士检验物理世界与数字世界的契合度，从而确保准确性和安全性，并提升可持续性。

沉浸式技术通过整合数字世界和物理世界来改变建筑行业，从而提高精确性、安全性和可持续性。Image: Midjourney 和 Studio Miko。

建筑业是全球规模最大、影响最深远的行业之一，占全球二氧化碳排放量的40%。³⁴ 尽管建筑业规模庞大，但其拥抱数字化革命的步伐却较为缓慢。然而，沉浸式技术有望彻底改变这一现状。

沉浸式设计体验有助于预测施工过程中可能出现的挑战，通过测试假设、识别潜在错误并在施工开始前提供解决方案来实现。虚拟原型和实验可以提高精度。数字孪生技术已在工业领域得到广泛应用，可用于模拟更为复杂的城市发展项目方案的最终结果，从而更好地开发基础设施、服务居民，并提高效率和效益。至关重要的是，这将简化从设计到实施的施工流程，从而识别并消除浪费，提高效率和可持续性。³⁵

同样，对于一个蓬勃发展的行业而言，技能和劳动力短缺问题日益凸显，以至于供应已严重不足。仅在美国，全国性行业协会美国建筑承包商协会(Associated Builders and Contractors)估计，到2025年，该行业除了正常招聘外，还需要新增近45.4万名工人才能满足行业需求。³⁶ 元宇宙有望通过为建筑、工程和施工行业的专业人士创建沉浸式学习和培训环境，从而缓解技能和劳动力短缺问题，且不受地域限制。³⁷

元宇宙还有望提高维护和检查效率。例如，一家日本建筑公司估计，全国每年仅前往检查地点就耗费一百万小时。³⁸ 如果元宇宙能够提供强大可靠的远程检查功能，这百万小时就可以重新分配到其他关键工作中。

可以说，该领域的下一个飞跃将是生成式人工智能的融入，文本到建筑信息建模技术或许能够将文本提示直接转换为详细的三维建筑模型，其中包含施工规范、安全信息和其他元数据。39

尽管风险可能包括隐私和能源获取，尤其是在发展中国家，但积极主动的协作方式将鼓励创新，同时确保其包容性和安全性。缩小概念化和实施之间差距的承诺最终可能导致设计领域一些技术最精湛的专业人员被淘汰，因此需要新的培训途径和技能提升计划。

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7. 弹性热量

驱动热系统像肌肉一样工作

| 奥卢矿
伦敦大学学院药剂学教授

威尔弗里德·韦伯
莱布尼茨新材料研究所科学主任

随着全球气温上升，对制冷解决方案的需求势必激增。国际能源署（IEA）估计，未来30年全球空间制冷能源需求将增长三倍以上，到2050年将占全球电力需求增长的约37%。⁴⁰ 弹性热泵是一种创新技术，可以显著降低供暖和制冷所需的能源，降幅可达数倍。⁴¹

弹性热能技术提供了一种突破性的冷却解决方案，无需有害制冷剂即可大幅降低能源消耗。Image: Midjourney 和 Studio Miko。

弹性热泵的潜在影响巨大，尤其是在冷气需求日益增长的背景下。美国能源部的一项研究将其列为现有系统最有前景的替代方案。⁴² 这项技术的核心是弹性材料，这种材料在受到机械应力时会释放热量，应力释放后则会冷却。这使得它们能够以连续的应力-松弛循环运行。弹性热泵的另一个优点是它们不依赖于可能对环境造成损害的制冷剂气体。相反，它们使用镍和钛等储量丰富的金属。

综上所述，弹热技术可以显著降低满足新兴温控能源需求对环境的影响。在社会层面，这项技术可以改善电网覆盖有限或没有电网供电地区的制冷条件，从而提高生活质量，并应对气候变化影响的一个关键方面。⁴³

该领域的研究与开发进展迅速，科学出版物的数量每22个月翻一番。专利申请数量的激增，尤其是汽车和制冷行业的领先地位，凸显了该技术日益增长的商业价值。在技术方面，材料和设备设计不断改进；新的原型机能够展示弹热式热泵的性能。同样，大学和企业也推出了多种功能性弹热式热泵模型，探索互补材料和创新生产技术的应用。⁴⁴

扩大弹热式热泵的应用规模需要克服一些重大障碍。这类热泵需要使用能够经受数百万次拉伸和松弛循环而不损坏的材料——目前，工程师们正通过试验不同的金属合金和制造技术来解决这一问题。他们正在研发能够利用液压技术高效传递能量的系统，通过挤压或拉伸材料来触发加热或冷却。⁴⁵

此外，为了使这些热泵得到广泛应用，这些材料的生产规模需要大幅扩大，以满足全球变暖背景下不断增长的制冷需求。然而，随着商业兴趣的增长和技术创新，弹热式热泵的广泛应用前景光明，有望开启高效环保制冷解决方案的新时代。

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8. 固碳微生物

改造生物体，使其将排放物转化为有价值的产品

李相烨
高级副总裁（研究）；韩国科学技术院特聘教授

李海龙
中南大学能源科学与技术学院教授

威尔弗里德·韦伯
莱布尼茨新材料研究所科学主任

|杨泽群
中南大学能源科学与技术学院副教授

在气候变化日益严峻的背景下，一场悄然兴起的革命正在酝酿：人们正利用微生物从空气或尾气中捕获温室气体，并将其转化为高价值产品。为了驱动这一过程，这些微生物利用阳光或化学能，例如氢气。通过基因工程改造这些微生物，有望在减缓全球变暖的同时，生产出种类繁多的可持续产品。

经过基因工程改造的微生物可以捕获碳，并将温室气体转化为燃料和肥料等有价值的产品。Image: Midjourney 和 Studio Miko。

微生物碳捕获正逐渐成为控制大气二氧化碳和缓解全球变暖的一种极具前景的策略。⁴⁶ 同时，它还能生产多种具有巨大市场潜力的产品，例如燃料、肥料和动物饲料。为了实现这一目标，研究人员正在开发利用阳光或可持续化学能吸收和转化气体的微生物，包括细菌和微藻。

微生物碳捕获主要有两种设计方案。第一种是光生物反应器，它利用蓝藻和微藻等光合生物捕获二氧化碳，通过阳光照射，将富含二氧化碳的气体鼓泡通过含有这些生物的反应器。第二种方案是利用氢气、有机废物流或其他由二氧化碳衍生的化学物质等可再生能源，使微生物直接捕获二氧化碳。⁴⁷ 无论使用阳光还是化学物质作为能源，这两种系统都会改造微生物，使其将二氧化碳转化为新产品，例如生物柴油或富含蛋白质的动物饲料。⁴⁸ 每种系统的产品价值差异很大；选择哪种系统取决于实施公司的具体需求和能力，例如可用资源。这也意味着，一旦实施，公司就可以生产新产品投放市场，而无需支付每吨二氧化碳 50 至 100 美元的费用来抵消其排放。

这项技术由专注于细胞改造以提高特定物质产量的机构推动。⁴⁹ 经过一系列成功的示范和概念验证，微生物碳捕获技术现已准备好从试点阶段过渡到大规模生产。截至2022年，全球对该技术的投资已达64亿美元，凸显了其市场化的成熟度。⁵⁰ 以色列的Seambiotic公司、西班牙的Alga Energy公司和美国的Bio Process Algae公司等已部署了试点规模的设施，以探索微生物碳捕获系统的商业可行性。

尽管取得了显著进展，微生物碳捕集系统仍面临诸多挑战，阻碍其广泛应用和商业化。首先，微生物大多适应低温环境，从高温工业废气中捕集二氧化碳的效率较低，因此需要额外的高能耗冷却设施。优化方案需要研究如何提高微生物对工业废气高温和酸性杂质的耐受性。⁵¹ 其次，现有的微生物碳捕集系统成本仍然很高。⁵² 然而，产品的高价值可以抵消部分成本。最后，生产场地需要充足的阳光和可再生或清洁能源，而这并非全球所有地区都能保证。⁵³ 只有克服这些挑战，才能充分发挥该技术的潜力，助力全球实现净零排放目标。

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9. 替代性牲畜饲料

革新动物营养，实现可持续发展

| 玛丽埃特·迪克里斯蒂娜
波士顿大学传播学院院长

哈维尔·加西亚-马丁内斯
阿利坎特大学化学教授兼分子纳米技术实验室主任

替代性牲畜饲料为满足畜牧业日益增长的蛋白质需求提供了可持续的解决方案。这些饲料来源于昆虫、单细胞蛋白、藻类和食物垃圾，是大豆、玉米和小麦等传统原料的可行替代品。⁵⁴

替代性牲畜饲料为传统动物饲料提供了可持续且营养丰富的替代品，并减少了对环境的影响。Image: Midjourney 和 Studio Miko。

饲料替代品能够显著提升可持续性。目前，近80%的大豆产量被用作动物饲料，这导致了严重的负面环境后果。⁵⁵ 这种需求驱动了森林砍伐、生物多样性丧失、过度施肥以及土地利用变化造成的温室气体排放。转向替代牲畜饲料可以缓解这些挑战，并促进畜牧业中更具环境可持续性的做法。

替代动物饲料的另一优势在于其多样性和营养价值，这在保护动物福利方面发挥着至关重要的作用。与传统饲料相比，替代饲料可以提供更广泛的营养成分，从而改善动物的健康和福祉，并有可能提高产品本身的品质。⁵⁶ 例如，昆虫可以工业化养殖以生产优质蛋白质，而单细胞蛋白或藻类可以为多种动物提供必需的蛋白质和脂肪。此外，回收人类食物垃圾或使用藻类、满江红、鹰嘴豆和橙肉等原料也正在成为很有前景的替代方案。⁵⁷

这些替代来源的成本效益也是一个关键因素。它们的生产和获取成本通常更低。黑水虻幼虫（BSFL）就是一个例子；研究表明，在动物日粮中添加BSFL可以降低饲料成本。这主要是因为BSFL可以利用有机废弃物进行养殖，从而减少了对鱼粉或豆粕等传统且价格更高的饲料原料的需求。⁵⁸

用于牲畜饲料的替代原料市场蓬勃发展，全球多家公司已成功推出优质替代品。⁵⁹ 2023年，全球动物饲料替代蛋白市场价值39.6亿美元。预计未来十年，该市场价值将显著增长，到2033年将达到82亿美元。⁶⁰

然而，替代动物饲料并非一劳永逸的解决方案。其可行性取决于当地的供应情况、生产成本以及环境和社会条件。此外，环境法规、伦理问题和竞争等挑战依然存在。例如，可持续饲料资源正日益与可持续燃料生产展开竞争。这种竞争可能会限制牲畜饲料的供应，从而推高价格并阻碍其广泛应用。替代动物饲料行业的未来成功取决于其应对这些挑战并适应市场对更可持续、更高效饲料选择的需求的能力。

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10. 移植基因组学

基因编辑器官促进移植进展

| 大卫·K·库珀
哈佛医学院麻省总医院移植科学中心高级研究员

| 埃马努埃莱·科齐
帕多瓦大学医院移植免疫学教授

| 杰弗里·林
约翰·霍普金斯医院神经病学教授

| 伯纳德·梅耶森
IBM 荣誉首席创新官

器官移植是20世纪后半叶医学领域的一项重大进步，并持续发展至今。2024年3月的一项里程碑式成就凸显了这一持续发展：首例非人类（猪）肾脏移植手术成功完成，受者为活体人类。⁶¹ 这一进步得益于诸多基础性技术的进步，例如我们理解和精确编辑基因组的能力。

基因组学在器官移植领域的应用有可能彻底改变器官移植，并解决器官短缺问题。Image: Midjourney 和 Studio Miko。

器官移植可以挽救生命，但需求远远超过可用的捐献器官数量。仅在美国，就有超过10万名患者在等待器官移植，而今年只有大约3万个器官可供移植。⁶²

为了满足这一需求，三十多年来，动物器官移植领域的科学取得了稳步进展。得益于CRISPR-Cas9等技术，现在可以对一头猪进行多项基因编辑，以克服免疫排斥反应。这些编辑包括插入可能影响移植猪器官功能的基因，以及删除可能感染接受猪器官移植患者的病毒基因。虽然有些猪接受了多达69项基因编辑，但大多数猪只接受了大约10项基因编辑。⁶³

人类对基因组的理解和精确编辑能力，再加上新型免疫抑制药物疗法，使得非人类灵长类动物能够依靠猪肾或心脏维持生命，存活时间如今已延长至数月甚至数年（肾移植的情况）。

此外，了解基因组的意义远不止于器官移植。美国有超过一百万名1型糖尿病（青少年糖尿病）患者，估计有三千万名2型糖尿病患者，而移植猪胰岛细胞（产生胰岛素的细胞）有望治愈这些疾病。⁶⁴ 美国还有超过一百万名帕金森病患者，移植特化的猪细胞有望改善他们的病情。⁶⁵

如果“异种移植”（即把动物器官移植到人体内）成为一种常见的治疗方法，不仅会影响数百万患者的生活质量，还可能改变医疗经济格局。例如，透析项目的工作人员数量可能会大幅减少，而器官和细胞移植各个环节（包括猪的繁育）的工作人员数量则会增加。尽管异种移植初期成本较高，但可能很快就会发现，它比长期透析患者或需要频繁紧急入院的心力衰竭患者更经济。

实验室的进展令人鼓舞，使得美国食品药品监督管理局 (FDA) 批准了在两名活体患者身上进行猪心脏移植（分别在 2022 年和 2023 年）以及在一名患者身上进行猪肾脏移植（在 2024 年）。^66,67,68 虽然这三例移植手术的接受者不幸在手术后去世，但人体器官捐献的发展轨迹表明，随着研究的进展和技术的进步，存活率将显著提高。

异种移植引发了诸多伦理问题，需要进一步探讨，理想情况下，这应由政策、商业和社会各界的领导者共同参与。此外，仍需从初步患者试验中获取大量数据，以确保治疗效果最大化。然而，从成熟的移植技术中汲取的宝贵经验，加上基因编辑技术能力的不断提升和成本的不断下降，都表明我们有充分的理由对跨物种移植的未来保持乐观，从而避免每年数十万人不必要的生命损失。医疗保健和产业变革的速度，也将取决于监管机构和社会对这一新兴疗法领域的反应。

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