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抗擊癌症的戰爭是一場漫長而緩慢的苦戰，但一種新的戰士，帶著一套新的技能，正在加入戰鬥。
從歷史上看，生物學家一直透過反覆試驗來研究癌症，逐一測試分子通路和治療方法，希望找到治癒方法。但這種方法並沒有帶來任何突破。2009 年 10 月，美國國立衛生研究院（NIH）國家癌症研究所的領導人發起了一項運動，旨在吸引更多該領域以外的科學家、工程師和思想家進入癌症研究領域。他們希望傳統上不同的領域之間的合作能夠產生新的癌症治療工具，並可能讓生物學家和醫生更像物理學家一樣思考。
“他們舉手投降，說：‘我們贏不了這場戰鬥，我們必須邀請具有不同觀點的人進來’，”計算機科學家、機器人學家和發明家 丹尼爾·希利斯說，他之前曾擔任沃爾特·迪斯尼幻想工程部門的副總裁。
現在，希利斯正在將他的工程專業知識應用於尋找癌症治療方法，他是幾個主要新組織的首席研究員之一，這些組織將醫生、生物學家、物理學家和工程師的才能引導到研究癌症如何以及為何發展的過程中。
“自 20 世紀 50 年代以來，癌症的死亡率沒有太大變化，”南加州大學（U.S.C.）西區前列腺癌中心負責人 大衛·阿古斯解釋說，他也是 NIH 所稱的物理科學腫瘤中心（PSOC）的共同研究員，與希利斯一起。“我們需要新的創新和新的思維方式，”阿古斯說。
例如，直到今天，癌症研究人員還不能正確預測或控制化療何時以及如何起作用。“沒有真正的資料表明化療只針對癌細胞，”阿古斯說。無論其機制如何，化學療法、癌細胞和周圍健康活組織之間的微妙生物分子舞蹈對某些患者有效，但對其他患者則完全無效。阿古斯和他的同事想知道為什麼。
他位於南加州大學的團隊由來自九個不同機構的 20 位研究人員組成，是全國 12 個獨立的 PSOC 之一。普林斯頓大學的一箇中心由生物物理學家 羅伯特·奧斯汀領導，該中心正在使用微細加工技術來了解什麼樣的微環境會導致某些患者對化療產生耐藥性。另一個由亞利桑那州立大學坦佩分校的宇宙生物學家 保羅·戴維斯領導，他正在透過比較單細胞的三維影像來研究癌變組織和保持健康的組織之間的物理差異。自該專案啟動以來，NIH 已向各個 PSOC 投入了超過 6000 萬美元。
在南加州大學，研究人員希望透過構建癌症的最終計算機模型來最終找出癌症的“為什麼”——該模型可以捕捉到從單個分子如何移動到腫瘤如何在宿主體內擴散的物理原理的所有資訊。
這是一項雄心勃勃的任務，PSOC 有五年時間和 1600 萬美元來完成它。“也許它太複雜了，我們無法完成，但最終必須有人來完成這件事，”希利斯說。總有一天，有了像希利斯夢想的模型，醫生可以獲取患者的醫療資料，透過計算機模擬執行，並確定在現實世界中嘗試之前，特定治療方法是否應該有效。
但是在你建立癌症的物理模型之前，你必須首先讓生物學家和物理學家交談。
“他們聽不懂彼此的笑話，”加州大學洛杉磯分校的生物化學教授 帕拉格·馬利克說。馬利克有獨特的能力理解這兩個群體，因為他的研究一直是工程學和生物化學的混合。PSOC 專案的部分目標是培養更多具有這種跨學科專業知識的專家，因此他花費大量時間進行教育和推廣——包括讓物理學家和生物學家嘲笑彼此的笑話，或者至少理解它們。“在建立 PSOC 之前，物理學家、工程師、數學家和生物學家一起參加會議的情況很少見，”他說。
為了建立從分子到哺乳動物的癌症模型，馬利克正在嘗試找出如何橋樑生物學運作的所有不同尺度——原子/分子、細胞和整個生物體。有專門的實驗室致力於每個單獨的尺度，從奈米到宏觀。“最終我們想知道腫瘤的狀態。它是在生長還是在死亡？它是如何移動的？”馬利克說。有數百種屬性會影響腫瘤的狀況——從其大小和生長速度到其環境溫度。所有這些都會影響癌症的發展和擴散。
“一旦我們知道所有的運動部件是什麼以及它們如何相互作用，癌症研究就會從一種黑色藝術變成一種工程技術，”紐約大學生物學和計算機科學教授 理查德·博諾說。博諾和他的同事正在構建計算機模型的一部分，該部分顯示癌細胞在分子水平上的行為方式。然後他們會將其連線到不同機構不同尺度上的其他模型。在所有合作部分組合在一起後，該團隊應該知道一個突變的蛋白質如何影響腫瘤在小鼠體內的擴散。
當希利斯和他的同事將他們的技能應用於抗擊癌症的戰爭時，他們也必須適應不同的研究環境。“我作為首席研究員做的第一件事就是獲得安樂死小鼠的資格。人道地殺死小鼠出奇地困難和複雜，”希利斯說。他對生物學有了新的尊重。“這讓物理學看起來很容易，”他說。對於物理學，你多次進行相同的實驗，得到相同的結果。但是給小鼠注射一針，它每次的反應都會略有不同。
對於投身於生物學的物理學家來說，最困難的調整可能是感受到臨床腫瘤學中固有的緊迫感。“這周有兩名患者死於癌症，”阿古斯說。“如果你每天都身處面對癌症和癌症患者的戰壕中，那麼看待問題的方式就不同了。”