子科生物報(bào)道：由美國(guó)西北大學(xué)和賓夕法尼亞大學(xué)科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的研究小組創(chuàng)造了一種新的合成生物學(xué)方法，即“癌細(xì)胞的二維碼”，隨著時(shí)間的推移跟蹤腫瘤細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞在抗癌治療中死亡或存活的原因存在有意義的差異。

值得注意的是，癌細(xì)胞經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的治療后選擇的命運(yùn)是“完全可以預(yù)測(cè)的”，這是基于看似微小但重要的差異，這些差異甚至在治療開(kāi)始之前就出現(xiàn)了。研究人員還發(fā)現(xiàn)原因不是遺傳，這與該領(lǐng)域的觀點(diǎn)相反。

研究結(jié)果發(fā)表在《Nature》雜志上。

該研究概述了該團(tuán)隊(duì)的新技術(shù)平臺(tái)，該平臺(tái)為數(shù)百萬(wàn)個(gè)細(xì)胞中的每個(gè)細(xì)胞開(kāi)發(fā)了一個(gè)“QR碼”，供科學(xué)家稍后查找和使用，就像在池塘里給天鵝做標(biāo)記一樣。QR碼將研究人員引導(dǎo)到這些細(xì)胞的全基因組分子組成，并提供有關(guān)它們對(duì)癌癥治療反應(yīng)的信息。

“細(xì)胞之間有很多不同的方式，”該論文的主要作者、資深合著者Yogesh Goyal說(shuō)?！拔覀兊膶?shí)驗(yàn)室想知道，單個(gè)細(xì)胞是如何做出決定的?在癌癥的背景下理解這一點(diǎn)更令人興奮，因?yàn)橛幸粋€(gè)臨床相關(guān)的二分法:細(xì)胞在面對(duì)治療時(shí)死亡或變得耐藥。”

Goyal是西北大學(xué)范伯格醫(yī)學(xué)院細(xì)胞和發(fā)育生物學(xué)的助理教授，并在麥考密克工程學(xué)院擔(dān)任化學(xué)和生物工程以及生物醫(yī)學(xué)工程的助理教授。他是西北大學(xué)合成生物學(xué)中心和西北大學(xué)Robert H. Lurie綜合癌癥中心的成員。Goyal與賓夕法尼亞大學(xué)的遺傳學(xué)家Arjun Raj共享通訊作者頭銜。

在這項(xiàng)研究中，實(shí)驗(yàn)室和合作者試圖應(yīng)用合成生物學(xué)工具來(lái)回答癌癥研究中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題:是什么讓某些腫瘤在治療后幾個(gè)月或幾年復(fù)發(fā)?換句話說(shuō)，實(shí)驗(yàn)室能否理解是什么原因?qū)е乱恍┖币?jiàn)細(xì)胞對(duì)某種藥物產(chǎn)生治療性耐藥性?

該領(lǐng)域的一些科學(xué)家認(rèn)為，稀有細(xì)胞DNA的遺傳差異是導(dǎo)致耐藥性的原因。為了調(diào)查這一假設(shè)，研究小組將前后克隆的細(xì)胞通過(guò)全基因組測(cè)序管道進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有系統(tǒng)的潛在基因突變。

“我們認(rèn)為這項(xiàng)工作將真正改變我們對(duì)治療耐藥性的看法，”賓夕法尼亞大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院生物工程教授、通訊作者Arjun Raj說(shuō)?！拔覀儽砻鳎词乖诟叨瓤刂频臈l件下，不同的‘味道’也會(huì)出現(xiàn)，而不是只有一種味道的耐藥細(xì)胞，這提高了每種味道都需要單獨(dú)處理的可能性。”

利用這個(gè)跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)，以及他自己作為一名具有強(qiáng)大數(shù)學(xué)背景的工程師的訓(xùn)練，Goyal幫助開(kāi)發(fā)了“QR碼”框架，即FateMap，可以識(shí)別每一個(gè)似乎對(duì)藥物治療產(chǎn)生耐藥性的獨(dú)特細(xì)胞?！懊\(yùn)”是指細(xì)胞是死亡還是存活(如果是，如何存活)，科學(xué)家們?cè)诳拱┲委熤昂椭蟮恼麄€(gè)生命周期中“繪制”細(xì)胞。

FateMap是幾個(gè)研究機(jī)構(gòu)的工作成果，它融合了多個(gè)學(xué)科的概念，包括合成生物學(xué)、基因組工程、生物信息學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)和熱力學(xué)。

“有些是偶然的不同——就像不是一棵樹(shù)上所有的葉子看起來(lái)都一樣——但我們想確定這是否重要，”Goyal說(shuō)?！凹?xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域很難界定差異是否有意義。”

通過(guò)收集治療前后的數(shù)據(jù)，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的行為在藥物暴露之前就完全確定了。因此，在添加藥物之前發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的差異可能會(huì)導(dǎo)致新療法的發(fā)展，這些療法針對(duì)的是差異的驅(qū)動(dòng)因素，而不是差異的結(jié)果。

Goyal說(shuō)，他們的下一個(gè)問(wèn)題是，是否可以通過(guò)多種不同的細(xì)胞療法和癌癥類型來(lái)預(yù)測(cè)細(xì)胞行為。在其他模型中，相同的細(xì)胞會(huì)對(duì)治療產(chǎn)生耐藥性嗎?還是不同的細(xì)胞組受到了影響?

“這僅僅是個(gè)開(kāi)始，”Goyal說(shuō)?！拔蚁Ｍ覀児ぷ鞯母拍詈图夹g(shù)進(jìn)步能夠很容易地推廣到不同的生物學(xué)問(wèn)題，從癌癥到胚胎發(fā)育再到再生醫(yī)學(xué)。我們的工作強(qiáng)調(diào)需要使用無(wú)縫跨越學(xué)科界限的方法來(lái)開(kāi)發(fā)癌癥及其他疾病的持久治療方法?！?/p>