科學家嘗試一次繪製一個細胞

一個宮頸癌細胞的掃描電子顯微鏡圖像。圖片來源：Steve Gschmeissner

本報訊 近日，倫敦慈善機構英國癌症研究宣布，由劍橋大學Greg Hannon率領的分子生物學家、天文學家和遊戲設計者團隊未來5年將會獲得2000萬英鎊的資助，用於研究乳腺癌交互虛擬—現實圖。

這個項目僅是旨在建造新一代細胞圖集——細緻入微地描述器官和腫瘤的每個細胞的位點及構成的圖集——的其中一項。英國癌症研究向另一個繪製類似腫瘤圖的團隊捐助了1600萬英鎊，該研究主要聚焦代謝和蛋白質。

今年年底，美國國家精神健康研究所（NIMH）將宣布以非凡分子細節繪製小鼠大腦圖資助項目的獲得者。2月23至24日，研究人員將在加州斯坦福大學聚集，繼續討論《人類細胞圖集》，這是旨在繪製人體每個細胞的一項尚未得到資助的計劃。

「這是個非常熱的話題。」以色列魏茲曼科學研究所研究基因組學免疫系統的Ido Amit說，「它全都是關於位點、位點、位點。科學界知道這一定是下一步。」

分子生物學家Hannon在第一次查看一個腫瘤時既吃驚了卻也受到了啟發。Hannon和同事利用一個虛擬—實境模型，里裡外外地查看血管，收集了大量浸潤免疫細胞，併產生了一個創建史無前例的腫瘤圖集的想法。「天助我也！」他回憶說，「這將會令人吃驚。」

Hannon最初看到的腫瘤是一個實物模型，真實模型將包括一個腫瘤的每個細胞中數千個基因和數十個蛋白的表達。他希望這樣的空間和細節功能能夠揭示更多關於影響一個腫瘤對治療應答的因素。

過去幾年，研究人員都熱衷於能夠讓他們測量完整核糖核酸補體（每個細胞中有成千上萬個）的技術。這些核糖核酸能夠揭示哪些基因被表達，並提供器官或腫瘤內一個細胞的獨特功能線索。

但測量方法通常需要將細胞從它們生存的組織中摘除下來。這將會破壞細胞在哪裡、與哪些鄰居互動的有價值的信息，這些信息可能含有一個細胞功能及其如何在疾病組織中扭曲的新線索。

「單細胞測序技術有很多令人興奮的地方，也很有前景。」瑞典斯德哥爾摩卡洛琳斯卡醫學院分子生物學家Nicola Crosetto說，「但當我們想起癌症和複雜生理組織時，我們需要將相關信息放入空間背景。」

相關技術已經顯現。2月6日，魏茲曼研究所的Amit和Shalev Itzkovitz及其同事報告稱，他們已經建立了一個由細胞構成的小鼠肝小葉圖，這是通過每個細胞的核糖核酸序列完成的。小鼠肝小葉通常被分為同心層；該團隊在位於兩個層面交界的細胞中發現了獨特的基因表達模式。「這個區域不僅是一個過渡區，還是一個擁有特殊功能的新區域。」

與此同時，Hannon也在與馬薩諸塞州哈佛大學生物物理學家 Xiaowei Zhuang合作，後者已經研發出了用二進位條形碼編碼RNA的一種方法，可利用成像技術在細胞內讀取。該技術可在一個細胞內同時測試數千個RNA，而無需讓其與周圍環境失去聯繫。「每一次我看到這些有突出二維碼的圖像時，都讓我想起了電影《黑客帝國》。」Hannon說。

無論什麼樣的方法使其走向頂端，研究人員都將需要開發展示數據的新渠道，Hannon說。「虛擬現實非常強大。」他說，「但信息量將會非常大，我們將會需要與信息打交道的新方法。」（馮麗妃）