生物“计算机”诊断网络摧毁肿瘤细胞

2011-09-06 19:44:40来源: 科讯网 关键字:生物  计算机  诊断  网络

  2011年9月1日报道——由瑞士联邦理工学院(ETH)Yaakov Benenson教授与麻省理工Ron Weiss教授率领的研究小组成功地将生物计算机诊断网络导入人类细胞。该网络有识别某些肿瘤细胞的能力,利用五种肿瘤特异性分子因子的逻辑组合,进而触发肿瘤细胞毁灭过程。

细胞微机布线图:所有五种因子必须处于相应的正确状态,由此触发细胞死亡 

工作方式是:对细胞内五种肿瘤特异性分子因子及其出现频率进行抽样与综合;只有当所有这些因子在细胞内同时出现时,该电路才会作出正识别响应。这种方式使得侦测肿瘤的准确率非常高。研究者希望这一成果能够为高特异性抗癌治疗奠定基础。

对肿瘤细胞的选择性破坏

  本研究对实验室培养的两种类型人类细胞进行了基因网络测试:海拉细胞(子宫颈癌细胞)与正常细胞。当基因生物微机被导入这两种不同的细胞类型时,只有海拉细胞被摧毁,而正常细胞则安然无恙。

  当然,取得这一结果需要做大量的基础工作。首先必须找出海拉细胞特有的分子组合。Benenson及其他小组成员在属于小RNA分子(MicroRNA或miRNA)这一类化合物的分子中找,终于确认其中一个miRNA组合(或者说“可识别属性”)只有海拉细胞才有,其它健康细胞类型内则不存在。

  发现这种可识别属性是一项颇具挑战性的任务。人体内既存在250种不同的健康细胞类型,此外也存在为数众多的肿瘤细胞的变异型(其中数百种可作实验室培养)。但miRNA多样性则更是不让须眉花样繁多,人类细胞中已得以描述的即达500到1000不同种类。Benenson指出:“每种健康或病损细胞类型都有其不同的miRNA分子处于开放或关闭状态。”

可识别肿瘤属性中的五种因子

  确立一种miRNA“可识别属性”与发现一组症状以可靠诊断一种疾病有所不同。教授说:“一种症状,比如说发热吧,不可能由此概括出一种疾病。医生获得的信息越多,其诊断才越可靠。” 一年半前他从哈佛大学到ETH后,研究小组找到了几种因子,可由此可靠地将海拉细胞从所有其它健康细胞中鉴别出;结果表明,仅仅五种特定miRNA的组合(其中某些以高水平出现,某些则以极低水平出现)就足以将海拉细胞从其混迹的健康细胞中揪出来。

与微机运作相似的网络

  Benenson介绍说:“这些miRNA因子在细胞内进行逻辑代数运算;该生物微机运用诸如‘与’与‘非’等逻辑操作将这些因子进行组合,并且,当全部因子的整体运算结果为逻辑‘真’值时,只产生所需要的结果——那就是细胞死亡。” 确实,研究者已经能够显示该网络在活体细胞内可以非常稳定地运作,可正确组合所有细胞内因子并给出正确的诊断。Benenson认为,这一成果代表该领域的一项重大成就。

动物模型与基因疗法

  该研究小组想在下一步在合适的动物模型上测试该细胞计算方法,以期在未来创建诊断与治疗工具。这听起来可能象科幻小说,但Benenson相信其可行性;不过,仍有不少棘手的问题需要解决。比如,如何有效、安全地将外源基因导入细胞?这种DNA递送在目前情况下颇具挑战性。尤其是,该方法需要将外源基因暂时而不是永久导入细胞。现有的病毒导入法或化学导入法均未充分开发,需要进一步完善。

  Benenson说:“为人类提供一种功能完善的治疗方法还非常遥远。不过这一工作是重要的第一步,显示了单一细胞水平上这样一种选择性诊断方法具有可行性。”

关键字:生物  计算机  诊断  网络

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2011/0906/article_2350.html
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