细胞图集将革新对癌症的理解

英国癌症研究所最近宣布，将在未来五年向剑桥大学的分子生物学家格雷格·汉农领导的团队提供2000万英镑(约1.7亿人民币)，帮助他们开发交互式乳腺癌虚拟现实地图。最终的图谱将包括肿瘤中的每一个细胞，包括这些细胞中数千个基因和数十种蛋白质表达的数据。研究人员希望这些空间和功能细节能揭示更多影响肿瘤治疗效果的因素，并为乳腺癌的研究和诊断开辟一条新的途径。

目前，许多团队致力于绘制新一代细胞图谱，汉能团队只是其中之一。这些器官或肿瘤的图谱可以极其精确地描述每个细胞的位置和组成。在英国网站《自然》杂志上发表的一份报告中指出，一大批细胞图谱的到来可能会刷新我们对癌症和其他疾病的认识。

细胞成为癌症研究的主角

癌症作为危害人类生命的主要疾病，多年来一直没有达到有效的治愈率。原因是目前绝大多数治疗方法不是针对每个患者的个体化治疗方案，肿瘤是一种基因突变，需要干预不同患者的细胞和基因水平以获得有效治疗。

汉农说:“我们仍然不明白细胞是如何交流的。”有鉴于此，他们正试图利用虚拟现实和三维可视化技术进入细胞水平进行研究，并根据肿瘤形成的原因制定治疗方案，从而从根本上治愈癌症。

去年年底，美国国立卫生研究院拨款给一项挑战的获胜者，帮助他们用非凡的分子细节画出老鼠的大脑。今年2月，支持“人类细胞图谱”项目的研究人员聚集在斯坦福大学。尽管他们没有得到任何资助，但他们的计划是雄心勃勃的，他们希望标记人体的每一个细胞。

位置承载着更重要的信息

“这是一个非常热门的话题，”以色列魏茨曼研究所的埃多·阿米特说，他主要关注免疫系统基因组学，关注人类细胞的定位。“这都是关于位置的。行业知道这一定是他们的下一步。”

在过去的几年里，研究人员蜂拥至一些核糖核酸(核糖核酸，在一个细胞中可能有数万个核糖核酸)的测序技术。这些核糖核酸可以揭示哪个基因在细胞中表达，并提供器官或肿瘤中细胞独特功能的线索。然而，测序方法通常要求从细胞所在的身体组织中取出细胞，这将破坏关于细胞“位于”何处以及它们与什么“邻居”相互作用的关键信息，并且该信息与细胞功能以及如何在患病身体组织中出错有关。

瑞典卡罗林斯卡医学院的尼古拉·克罗塞托说:“单细胞测序技术可以给我们带来许多惊喜，前景广阔，但当我们想到癌症和复杂的生理组织时，我们需要在空间环境中考虑这些信息。”

实现这一点的技术正在慢慢出现。今年2月，amit和Cherev Itzkudze及其同事报告说，他们绘制了小鼠肝脏小叶的细胞图和核糖核酸测序图，这是肝脏的基本组成部分。总的来说，这些肝小叶被分成同心圆，但是研究小组在位于这两个圆交界处的细胞中发现了一种独特的基因表达模式。茨·库兹涅茨解释说:“老鼠组织的这个领域不仅仅是一个过渡领域，它是一个具有特定功能的新领域。”

此外，汉南还与哈佛大学生物物理村的肖伟合作。庄小炜开发了一种用二进制条形码编码核糖核酸的方法，这种条形码可以通过成像技术在细胞中读取。这项技术可以同时检测单个细胞中的数千个核糖核酸，并且不需要将细胞与其“邻居”分开。

用蛋白质理解细胞

由英国国家物理实验室的约瑟芬·伯克领导的团队正在绘制肿瘤图谱，该图谱将包括小分子(如脂类、药物和代谢物)以及大分子(如蛋白质)的细节。用这种方法，她的团队可以测量每个样本50种蛋白质。

与其他能测量数千个核糖核酸的技术相比，这似乎有点“小巫见大巫”但是斯坦福大学的分子生物学家加里·诺兰(Gary Nolan)说，这50种蛋白质的信息足以识别主要的细胞类型，并测量它们内部运作的关键分子路径。他强调，与核糖核酸相比，蛋白质提供了更直接的视觉，让科学家更好地理解细胞的功能。

Hannon说，研究人员需要新的方法来显示数据，不管哪种策略最终能成功到达顶端。“虚拟现实非常强大，但信息量也极其庞大。我们需要新的方法来使信息相互关联。”

(北京，3月27日，《科技日报》)