科學網—癌症攻堅：物理學家能做些什麼？
06-19
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已有 2289 次閱讀 2012-12-4 05:16 |個人分類:建言獻策|系統分類:觀點評述|關鍵詞:的 幹細胞 美國食品 物理學家 抗癌藥物
儘管1975~2005年間美國食品和藥品監督管理局批准的抗癌藥物多達59種，美國在癌症研究上投入的經費高達2000億美元，但癌症死亡率卻始終維持在2‰基本不變。11月22日出版的《自然》雜誌推出「展望」專欄，以《物理學家對付癌症》為題收入十幾篇評論文章及背景文稿，集中介紹了在生命科學家與癌症搏鬥陷入進退維谷之際，物理學家如何介入癌症研究。為何邀請「外行」參與癌症研究？難道由生命科學家主導的癌症攻堅之路走偏了？物理學家能否在癌症的診斷與治療策略上完成糾偏？路越走越窄應該說，由生命科學家主導的癌症攻堅之路這些年來已經越走越窄了！究其原因，關鍵在於至今還沒有找到癌症的起因，有人說癌細胞起源於幹細胞，也有人說癌幹細胞來自癌細胞，但癌細胞究竟如何起源仍然完全不清楚。不難想像，一個不明病因的疾病何以做到既能「治標」又能「治本」？其次，癌症的治療一是手術切除，二是放療，三是化療，其總的治則是根除癌細胞。可是，無論何種治法，病灶消失後，病因未消除，複發就是必然的。另外，化療葯無靶向性，不僅無法根除癌細胞，而且還誘發癌細胞產生抗藥性，最終必然讓癌症患者陷入無可救藥、萬劫不復的境地。當然，最重要的原因還在於生命科學家缺乏物理學家的立體思維。那麼，在此癌症攻堅之戰中，物理學家可以有何作為呢？攻堅需要「新思維」40年前的癌症研究一直由物理學家與生命科學家共同承擔，德國倫琴發現X射線、法國維拉德發現γ射線、居里夫人因發現鐳而獲得諾貝爾獎後，放療（包括伽馬刀）就成為癌症的常規治法並沿用至今，但此後癌症的研究方向逐漸轉向分子生物學、遺傳學和細胞學而與物理學分道揚鑣了。儘管如此，物理學家仍然關注癌症。在美國聖塔芭芭拉的Kavli理論物理學研究所，每年都會舉行10場物理學領域的前沿討論會，時間長達兩到三個月。今年5月21日至7月13日舉行的研討會主題是「癌症的物理學與數學」。據物理學與癌症網站介紹，今年以來，物理學家們已在世界各地組織了5場專題研討會，最近的一次是11月份的「癌症的藥物與免疫抗性理論基礎」小型會議。據去年《自然》雜誌發表的《物理學遭遇癌症：破解者》一文介紹，理論物理學家保羅·戴維斯在他65歲那年，接到時任美國癌症研究所副所長的安娜·巴克女士的一通電話，邀請他參加一個「抗癌戰爭」的研討會並發表主旨演講，以便讓腫瘤學家與物理學家碰出些新思維的「火花」。巴克組織的這個研討會最終促成了美國在2009年底成立12個物理學—腫瘤學中心，而戴維斯就是其中一個中心——「超越」科學基本概念中心的負責人，並且還是「物理學遭遇癌症」總體項目的主要參與者。最近，戴維斯與澳大利亞國立大學的查爾斯·萊恩威弗合作，以進化觀點為基礎，發展了一個關於癌症的新理論——返祖假說。他們認為，癌症可能是一種古老生命形式的復甦。戴維斯說：「變異的積累破壞了後生動物進化過程中的基因調控，因此重新激活一種用於預編程行為的古老的基因工具箱。」物理學家看「癌」：旁觀者清在物理學家看來，以往的癌症研究過分注重基因「細節」，反而忽略了「主體」，人們不知道「生命機器」的崩潰究竟是哪兒出了錯？事實上，如今有關腫瘤的基因組、轉錄物組、蛋白質組、代謝物組數據堪稱海量，但它們並未幫助生物學家徹底釐清腫瘤發生的頭緒。來自美國佛羅里達的整合數學、放射學、腫瘤學家羅伯特·葛特柏卻不以為然。他反駁道：「對控制生物社會原則的了解不一定需要——甚至可以忽略——遺傳學。」為此，他還以穴居魚類為例，說明複雜的基因數據代替不了簡單而直觀的生物學觀察。許多癌症教科書都開宗明義地寫道：「癌症是一種基因疾病。」但是，物理學家認為，癌症並非基因突變所致，而是一種發育病，其擴散是受作用於細胞的物理力影響的結果。在生物體內，細胞無時無刻不被暴露在物理力的作用之下，如收縮力、舒張力、流體靜壓力和機械剪切力等。為此，他們倡議創立癌症力學及物理腫瘤學，專門致力於研究癌細胞分裂、互作、信號、運動和接觸，從生物學家不擅長的三維角度闡釋腫瘤浸潤和轉移的機理。如何大顯身手納米給葯工具：用納米技術製造的藥物載體能將化療藥物準確地運送到病灶部位（器官靶向）。一種新發明的「通訊化療」方法如下：1）給腫瘤注射金納米棒；2）施加電磁波；3）納米棒加熱腫瘤；4）熱量導致信號級聯引起血液凝聚；5）載葯納米顆粒注射入血受信號級聯吸引向腫瘤集中。單細胞成像：基於物理學原理的診斷工具能在發病早期鑒定腫瘤所在。一種新型單細胞診斷工具——Cell-CT癌掃描系統的工作過程為：1）包埋在凝膠內的細胞依次通過玻璃毛細管；2）隨著玻管旋轉，每個細胞從各個角度被掃描，生成一套連續圖像；3）計算機程序將全部圖像合成細胞三維影像；4）根據最終細胞三維影像分析癌細胞的結構異常。細胞彈性測定：讓腫瘤細胞沿著一個兩側安裝激光器及下層配備攝像頭的通道移動，受兩束方向相反的激光照射及離開激光束照射區後，細胞將發生從壓縮到鬆弛的形態變化，從留下系列活動圖像可判斷腫瘤進展程度並預測實體瘤浸潤及轉移傾向。通常細胞彈性（收縮性）大小預示腫瘤進展期晚近，細胞越柔軟，轉移傾向越強。處於G1期的乳腺瘤細胞的彈性與正常乳腺細胞相近，而G3-細胞彈性增強，G3+細胞彈性最強。腫瘤增殖數字模擬：計算機模擬有助於更好地理解癌症研究中物理學、基因學和細胞學的相互作用。數學模型可以預測腫瘤的發展趨勢（滋生抗藥性或腫瘤轉移傾向）以及提供最有效的給藥方案（防止複發和惡化）。物理學家的介入目前只能改良癌症的診斷和治療效果，還不能治癒癌症。人類要徹底打敗癌症，必須發起一場突破性思維革命，其前提就是首先回答癌症發生的根源是什麼？若物理學家善用「立體」、「系統」的思維習慣，就可能從炎症微環境與微生物菌群相互作用的角度找到炎症刺激與腫瘤發生的「蛛絲馬跡」。聰明的物理學家們，挽救癌症患者的生命，你們準備好了嗎？本文載於《中國科學報》http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2012/12/266663.shtmhttp://blog.sciencenet.cn/blog-281238-638970.html分享到： 收藏 分享 舉報 全部作者的其他最新博文
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- [47]王偉2012-12-5 10:26
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