科學家用生物“計算機”摧毀癌細胞
日期：2011-09-09 08:14:03
近日來自哈佛大學、麻省理工學院以及瑞士蘇黎世聯(lián)邦高等工業(yè)學院的研究人員在新研究中成功地將生物“計算機”診斷網(wǎng)絡(luò)導入到人類細胞中，這種生物網(wǎng)絡(luò)通過對5種腫瘤特異性分子進行邏輯組合分析識別出了特異的癌細胞，并觸發(fā)了這些癌細胞的毀滅過程。這一研究成果在線發(fā)表在9月2日的《科學》（Science）雜志上。
文章的通訊作者是哈佛大學系統(tǒng)生物學中心的生物工程學家Yaakov Benenson及麻省理工大學的Ron Weiss教授。Benenson長期致力于開發(fā)在活體細胞內(nèi)運作的生物計算機。
生物計算機是一種完全由DNA、RNA及蛋白質(zhì)構(gòu)成的分子自動機（molecular automata），它們的“輸入”是細胞質(zhì)中的RNA、蛋白質(zhì)以及其他化學物質(zhì)，“輸出”的則是很容易辨別的分子信號。由于生物計算機能夠探測和監(jiān)控基因突變等細胞內(nèi)一切活動的特征信息，因此它們可以確定癌細胞等病變細胞。此外，它們還能夠自動激發(fā)微小劑量的治療行為。
利用這些“分子醫(yī)生”將有望引發(fā)人類醫(yī)學的重大變革——明確地對人體病變細胞或組織進行治療，而健康的細胞完全不會受到干擾。不過，要最終實現(xiàn)這一目標，還有很長的路要走?？茖W家近期進行的一些相關(guān)研究，大都是嘗試以不同方式開發(fā)具有多種用途的生物計算機。
在這篇文章中，研究人員成功構(gòu)建了一個多基因合成“電路”，此電路負責鑒別腫瘤細胞與正常細胞，進而靶向性摧毀識別的腫瘤細胞。其具體工作原理是：對細胞內(nèi)5種腫瘤特異性分子及出現(xiàn)頻率進行抽樣及綜合分析。是由當5種因子同時在細胞內(nèi)出現(xiàn)時，該電路才做出正識別響應(yīng)。這使得腫瘤檢測的精確性大大增高。研究人員希望這一成果能為開發(fā)出特異的抗癌治療奠定基礎(chǔ)。
隨后科學家們用這一多基因合成網(wǎng)絡(luò)對實驗室中培養(yǎng)的兩種人類細胞Hela細胞（一種子宮頸癌細胞）和正常細胞進行了檢測。當遺傳生物計算機被導入到這兩種不同的細胞類型中時，只有Hela細胞被摧毀，而正常細胞則安然無恙。
獲得這一結(jié)果并非易事，研究人員為之投入了大量的基礎(chǔ)工作。Benenson及同時首先針對正常健康細胞和Hela細胞中的miRNA分子進行了高通量篩查，最終確定了能將Hela細胞從健康細胞中鑒別出的5種特定的miRNA組合。
“這些miRNA分子被導入到細胞中進行檢測。新型的生物計算機利用諸如‘是’與‘非’的邏輯運算對這五種miRNA分子進行組合。只有當對所有分子的整體運算結(jié)果為邏輯‘真’時才會生成需要的結(jié)果——即促使細胞死亡，”Benenson說。
目前研究人員已確定這一生物計算機網(wǎng)絡(luò)在活細胞中能夠非常穩(wěn)定地工作，準確組合所有細胞內(nèi)因子并生成正確答案，這代表著研究者們在該領(lǐng)域又向前邁進了重要的一步。
