力争上游:解码转移

(bob游戏医学快报)——癌症最大和最隐蔽的威胁之一是转移——癌细胞从原发肿瘤到身体远处的三维迁移入侵。战胜癌症的挑战不仅在于新菌落出现的区域是不可预测的，而且在于不同类型的癌症以不同的速度和不同程度的增长转移。虽然标准的治疗干预模式专注于摧毁癌细胞，但新一代科学家——物理学家、肿瘤学家、分子药理学家、材料科学家、计算生物学家和工程师合作工作——采取了不同的策略:将癌症转移视为智能的、合作的基因表达的适应性行为，可以通过合成生物学的新兴技术进行解码和重新编程。

普林斯顿大学物理系研究员罗伯特·奥斯汀教授领导着这样一个小组。在一篇题为前列腺侵袭性探查癌症细胞在三维微结构景观中奥斯汀和他的团队描述了他们的微型制造芯片的结构，该芯片具有由低地和孤立的方形高地组成的三维拓扑结构，后者位于低地上方数百微米。奥斯汀以阿瑟·柯南·道尔爵士的科幻小说《失落的世界》命名特普伊斯高地，这使研究小组能够成功地评估癌症转移的可能性癌症起源于低地的细胞侵入高地。

癌细胞的入侵行为在三维结构中很明显，他补充道，引用了耶鲁大学生态和进化生物学系研究员John Wertz所做的研究。“虽然在二维通道中进行了许多研究，但在三维空间中，细胞的行为是显著不同的。”

作为一个测试案例，奥斯汀的团队比较了两种前列腺癌细胞系的tepui攀爬行为:高转移性PC-3骨髓癌细胞和非侵入性LNCaP淋巴结癌细胞。他们观察到，前列腺癌细胞从未占据所有可用的特普伊高原(只有约85%)，而且比PC-3细胞慢得多。另一方面，转移性较高的PC-3细胞迅速占据了所有可用的Tepuis。由于淋巴结来源系已知表现出高度的接触抑制奥斯汀和他的团队将这种特普伊人的差异侵袭性归因于这一因素。

“当一个肿瘤奥斯汀指出，“癌细胞会形成细长的尖刺，并以类似神经元树突生长的方式入侵其他区域，癌细胞会形成神经树突样的隧道。”此外，”奥斯汀继续说，“癌细胞不是简单的流动，而是有目的地表现出运动和增殖定向运动，这意味着一种智能形式。”奥斯丁比喻地把高度转移的细胞称为侦察兵，而接触抑制细胞称为农民或殖民者合作，首先探索，然后殖民，一个新的地点-行为，他认为暗示了一种“生存意识”。

研究小组将在他们的下一个实验中进一步探索这种假设的合作行为，在这个实验中，两种类型的殖民者将混合在一起，以测试殖民者随后会取代高风险的侦察兵的假设。

奥斯汀研究中最有趣的方面之一是他的计算视角。他引用了亚利桑那州立大学BEYOND科学基础概念中心主任、国家癌症研究所资助的一个重大研究项目的首席研究员保罗·戴维斯(Paul Davies)的话，他评论说，癌细胞似乎利用了一个古老的“工具包”来运行它们基因组中编码的程序。如果是这样的话——并且考虑到上面讨论的癌症尖峰和神经元树突在形态和行为上的相似性——奥斯汀同意，有可能以模块化的、类似子程序的遗传程序的形式识别在各种细胞和组织类型中表达的共同基因序列。奥斯汀总结说，如果我们学会控制这种基因表达，“我们就能控制癌症的生长和生长。转移．”

未来研究的其他计划包括将胶原蛋白添加到3D芯片中，以研究细胞在生物材料表面的可变流动。“胶原蛋白基质将改变癌细胞的表型，”奥斯汀预测，“更强的表型分化应该会产生更积极的转移行为。”其他细胞系和物质——包括3D骨髓基质中的多发性骨髓瘤细胞——也将被研究以了解各种复制环境。

考虑到奥斯汀对以计算生物学为基础的解码生命过程的方法的难以置信的复杂性的看法，以及他对科幻小说令人耳目一新的嗜好，他同意亚瑟·c·克拉克(Arthur C. Clarke)富有洞察力的第三定律也许并不令人惊讶^(1）“任何足够先进的技术都与魔法无异。”

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