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以细胞为单位给人体“画像”

2017-03-28 09:42 来源:科技日报

  英国癌症研究所不久前曾宣布,在未来5年,向剑桥大学的分子生物学家格雷格·汉侬领导团队提供2000万英镑(约合1.7亿人民币),资助他们研发乳腺癌的交互式虚拟现实图谱。得到的图谱将囊括一个肿瘤中的每个细胞,涵盖这些细胞内数千个基因以及数十个蛋白质表达的相关数据。研究人员期望,这些空间和功能细节能向他们揭示更多影响肿瘤治疗效果的因素,或许将开辟一条研究和诊治乳腺癌的新途径。

  目前,有很多团队致力于绘制新一代细胞图集,汉侬团队只是其中一个。这些器官或肿瘤图谱,能以极其精确的细节描绘每个细胞的位置和组成。英国《自然》网站杂志在报道中指出,一大波细胞图集的到来,可能刷新我们对癌症和其他疾病的理解。

  细胞成癌症研究主角

  癌症作为危害人类生命的重大疾病,多年来从未获得有效治愈率,原因在于目前绝大多数治疗方法并非针对每个患者制定的个性化治疗方案,而肿瘤是一种基因突变,需要介入不同患者的细胞和基因层面进行分析,才能获得有效疗法。

  汉侬说:“细胞之间如何交流沟通,我们至今都不了解。”有鉴于此,他们正在尝试利用虚拟现实(VR)和3D可视化技术,进入细胞层面进行研究,根据肿瘤形成原因制定治疗方案,从根本上治愈癌症。

  去年底,美国国立卫生研究院向一项挑战赛的获胜者拨款,资助他们以非凡的分子细节绘制老鼠大脑。今年2月,支持“人类细胞图集(Human Cell Atlas)”项目的研究人员聚集斯坦福大学,虽然还未收到资助,但他们的计划雄心勃勃,希望能标示出人体内的每个细胞。

  位置携带更关键信息

  对于定位人体细胞,以色列魏茨曼研究院主攻免疫系统基因组学的埃都·阿米特表示:“这是非常热门的话题。”“一切都与位置有关,业界知道这必须成为他们下一步的努力方向。”

  在过去数年,研究人员对一些RNA(核糖核酸,单个细胞中可能有成千上万个RNA)测序技术趋之若鹜,这些RNA能够揭示细胞内哪个基因被表达,并提供有关一个细胞在某个器官或肿瘤内独特功能的线索。但测序方法一般需要先将细胞从它们所处的身体组织中取出来,这会破坏有关细胞“身处”何处以及它们与哪些“邻居”相互作用的关键信息,而这些信息与细胞功能及在生病的身体组织内如何出错有关。

  瑞典卡罗琳斯卡医学院的尼古拉·克罗塞托说:“单细胞测序技术能为我们带来很多惊喜,而且也极富前景,但想到癌症和复杂的生理组织,我们需要将这些信息放入空间背景考虑。”

  做到这一点的技术也在慢慢涌现。今年2月,阿米特和谢勒夫·伊特兹科威特兹以及同事报告称,他们绘制出了老鼠肝小叶(肝脏的基本组成单位)的细胞图谱以及RNA测序图。一般来说,这些肝小叶会被分割成同心圆,但该研究团队在位于两个圆交界处的细胞上发现了独特的基因表达模式。伊特兹科威特兹解释说:“(老鼠)组织的这一区域并不仅仅只是一个过渡区,它是拥有特定功能的新区域。”

  另外,汉侬也在与哈佛大学生物物理学家庄小威(音译)合作。庄小威研发出了一种方法,可用能借助成像技术在细胞内读取的二进制条形码对RNA进行编码,这一技术可同时在单个细胞内探测到数千个RNA,也不需要将细胞与其“邻居”分割开来。

  借助蛋白质理解细胞

  英国国家物理实验室的约瑟芬尼·布领导的团队正在绘制肿瘤图集,这些图集将囊括脂类、药物和代谢物等小分子,以及蛋白质等大分子的详细信息,借助这一方法,她的团队每个样本能测量50个蛋白质。

  与其他技术可对数千个RNA进行测量相比,这似乎有点“小巫见大巫”。但斯坦福大学的分子生物学家盖瑞·诺兰说,与这50个蛋白质有关的信息足以确定主要的细胞类型,并测量在其内操作的关键分子路径。他强调称,与RNA相比,蛋白质提供了一种更直接的视野,让科学家们更好地洞悉某个细胞的功能。

  汉侬表示,不管何种策略最终能成功登顶,研究人员都需要新方式来展示数据。“虚拟现实非常强大,但信息的数量也极其庞大,我们需要新方法来让信息相互关联”。

(责任编辑:王蔚)

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