冷链存储的困境与挑战：变革势在必行
自冷冻技术问世以来，生命科学产业便对其产生了高度依赖。无论是患者样本、候选药物还是其他生物制剂，都必须在强力冰柜中或通过干冰运输才能保持稳定。这种对“冷链”的固有依赖，不仅带来了巨大的经济负担和物流挑战，更在关键时刻暴露出其脆弱性。
新冠疫情期间，大量疫苗因运输过程中解冻而不得不废弃，便是冷链弊端的一个缩影。如今，随着精准医疗的飞速发展，如CAR-T细胞疗法、指导癌症治疗的肿瘤DNA测序等，对生物样本的原始性要求更高。一次停电、一次运输延误或一次设备故障，都可能导致不可替代的患者样本损毁，使治疗进程延后数周甚至完全中断。在偏远地区和发展中国家，由于缺乏可靠的冷藏设施，许多人口甚至被排除在这些挽救生命的先进技术之外。这不仅是技术瓶颈，更是全球医疗公平性的一大障碍。
Cache DNA的突破性技术：告别冰冻，迈向室温新时代
Cache DNA公司的目标是让生命科学产业摆脱对冷链的束缚。在麻省理工学院（MIT），公司创始人开创了一种全新的DNA分子室温存储与保存方法。现在，Cache DNA正在构建一套全面的生物分子保存技术，其应用范围横跨整个医疗保健领域，从常规血液检测、癌症筛查到罕见病研究，乃至全球疫情防范。
Cache DNA的联合创始人、前MIT博士后詹姆斯·巴纳尔（James Banal）指出：“我们旨在挑战现有范式。生物技术对冷链的依赖已超过50年。为什么这种状况没有改变？与此同时，DNA测序的成本已从第一个人类基因组的30亿美元骤降至今天的不到200美元。随着DNA测序和合成变得如此廉价和快速，存储和运输已成为关键瓶颈。这就像拥有了一台超级计算机，却仍然需要打孔卡来输入数据。”
随着Cache DNA致力于将保存范围扩展到DNA之外的更多生物分子，并扩大其试剂盒的生产规模，巴纳尔和MIT教授马克·巴特（Mark Bathe）坚信，他们的技术有潜力通过让全球科学家更容易地获取样本存储，从而解锁全新的健康洞察。
巴纳尔展望道：“设想一下，如果地球上的每个人都能为一个全球生物样本库做出贡献，而不仅仅是那些居住在拥有数百万美元冷冻设施附近的人。那将是80亿个生物故事，而不仅仅是少数特权人群的。我们可能错过的治疗方法，或许就隐藏在那些我们从未触及的人的生物分子中。”
从量子计算到“侏罗纪公园”：一场跨学科的创新之旅
巴纳尔从澳大利亚来到MIT，在生物工程系的巴特教授手下攻读博士后。他主要在MIT-哈佛激子学中心工作，并与MIT跨学科研究人员进行合作。
巴纳尔回忆道：“我从事了一些非常奇特的研究，比如DNA纳米技术及其与量子计算和人工光合作用的交叉。”
另一项研究侧重于使用DNA存储数据。计算机以0和1存储数据，而DNA可以利用核苷酸A、T、G和C存储相同的信息，实现极高密度的数据存储：据估计，1克DNA可存储高达215拍字节的数据。
经过三年的努力，巴纳尔和巴特于2021年创建了一个将基于DNA的数据存储在微小玻璃颗粒中的系统。同年，他们成立了Cache DNA公司，并与MIT的技术许可办公室合作，获得了知识产权，将该技术应用于临床核酸样本以及DNA数据存储。然而，当时这项技术对于大多数商业应用来说还处于萌芽阶段。
化学教授杰里迈亚·约翰逊（Jeremiah Johnson）采取了不同的方法。他的研究表明，通过添加可裂解的分子键，某些塑料和橡胶可以实现回收。约翰逊认为，Cache DNA的技术如果使用他开发的仿琥珀聚合物，可以更快、更可靠。这与电影《侏罗纪公园》中研究人员从树木化石化的琥珀树脂中提取古代恐龙DNA的情节异曲同工。
巴纳尔回忆说：“这最初只是16号大楼走廊上的一次有趣的交谈。他看到了我的工作，我也了解了他实验室的创新。”
巴纳尔立即看到了其中的潜力。他深知冷链的负担。在MIT的实验中，他将样本储存在-80摄氏度的大型冰柜中。样本有时会在冰柜中丢失，或者被不可避免的冰层覆盖。即使保存完好，样本也可能在解冻过程中降解。
作为Cache DNA与MIT合作的一部分，巴纳尔、约翰逊以及约翰逊实验室的两名研究人员共同开发了一种可在室温下存储DNA的聚合物。为了致敬他们的灵感来源，他们通过编码“侏罗纪公园”主题曲的DNA序列来展示这种方法。
仿琥珀聚合物：分子层面的精密防护
研究人员开发的聚合物能够在液体状态下包覆材料，然后在加热时形成坚固的玻璃状块体。要释放DNA，研究人员可以添加一种名为半胱胺的分子和一种特殊洗涤剂。研究表明，该过程可以存储和访问人类基因组的所有50,000个碱基对，且不会造成损伤。
巴纳尔解释道：“真正的琥珀在保存方面并不理想。它多孔，会让水分和空气进入。而我们构建的聚合物则完全不同：它是一个致密的聚合物网络，在DNA周围形成一道不可逾越的屏障。可以把它想象成分子层面的真空密封。这种聚合物具有极强的疏水性，使得通常会破坏DNA的水和酶根本无法穿透。”
在这项研究成形的同时，Cache DNA从医院和研究实验室了解到，样本存储是一个巨大的问题。在佛罗里达和新加坡等地，研究人员表示，应对湿度对样本的影响是另一个持续的难题。全球其他研究人员也想知道这项技术是否能帮助他们在实验室外收集样本。
巴纳尔表示：“医院告诉我们，他们正面临存储空间不足的困境。他们不得不丢弃样本、限制样本收集，最糟糕的情况下，他们会使用一种导致短期内降解的数十年之久的存储技术。解决这些问题成为了我们的指路明灯。”
赋能精准医疗与全球健康：室温存储的深远影响
去年，Cache DNA向全球研究人员分发了100多套首批阿尔法DNA保存试剂盒。
巴纳尔说：“我们没有告诉研究人员这些试剂盒的用途，但他们的应用场景让我们大开眼界。一些人将其用于在冷链运输不可行的情况下进行野外样本采集。另一些人则评估其长期档案存储性能。应用场景各不相同，但问题是普遍的：他们都需要在没有冷藏限制的情况下进行可靠存储。”
Cache DNA开发了一整套保存技术，可以针对不同的存储场景进行优化。公司最近还获得了美国国家科学基金会（National Science Foundation）的资助，以将其技术扩展到更广泛的生物分子，包括RNA和蛋白质的保存，这有望为健康和疾病研究带来新的洞察。
巴特教授指出：“这项重要的创新有助于消除冷链，并有潜力为Cache DNA在全球范围内解锁数百万个基因样本，从而赋能个性化医疗。消除冷链只是解决方案的一半。另一半是从数千个样本扩展到数百万甚至数十亿个核酸样本。两者结合，有望实现相当于核酸领域的‘Google图书’，无论是在医院环境和世界偏远地区的临床样本，还是大规模的DNA数据存储和检索。”
巴纳尔总结道：“冰柜已经决定了科学在哪里发生。消除这一限制，你就会开始开启无限的可能性：岛屿国家可以研究其独特的遗传学，而无需担心样本在运输中死亡；全球每位罕见病患者都能为研究做出贡献，而不仅仅是靠近大型医院的患者；20亿缺乏可靠电力的人口最终可以加入全球健康研究。室温存储并非唯一的答案，但每一次治愈都始于一个成功经受住旅程考验的样本。”
通过这项创新，Cache DNA正在推动生命科学领域的一场革命，使其研究成果更具可及性、可靠性和全球影响力。
