分子生物學家格雷格·漢農第一次在腫瘤中穿梭時，他感到既驚訝又受到啟發。漢農和他在英國劍橋大學的同事們使用虛擬現實模型，飛進和飛出血管，評估了浸潤的免疫細胞，並萌生了一個前所未有的腫瘤圖譜的想法。
他回憶說：“天哪！”他當時想，“這簡直太棒了。”
2 月 10 日，總部位於倫敦的 英國癌症研究慈善機構宣佈，漢農的分子生物學家、天文學家和遊戲設計師團隊將在未來五年內獲得高達 2000 萬英鎊（2500 萬美元）的資金，用於開發其乳腺癌的互動式虛擬現實地圖。漢農穿梭的腫瘤是一個模型，但真正的模型將包括腫瘤中每個細胞數千個基因和數十種蛋白質表達的資料。希望這種空間和功能細節能夠揭示更多關於影響腫瘤對治療反應的因素。
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該專案只是旨在建立新一代細胞圖譜的眾多專案之一：這些圖譜詳細描述了器官或腫瘤中每個細胞的位置和組成。
英國癌症研究慈善機構還向另一個團隊提供了高達 1600 萬英鎊的資金，用於製作類似的腫瘤圖譜，該圖譜將側重於代謝物和蛋白質。今年晚些時候，美國國家心理健康研究所將宣佈 以非凡的分子細節繪製小鼠大腦圖譜的資助獲得者。2 月 23 日至 24 日，研究人員將在加利福尼亞州斯坦福大學聚集，繼續規劃人類細胞圖譜，這是一項尚未獲得資助的繪製人體內每個細胞圖譜的工作。
逐個細胞
以色列雷霍沃特魏茨曼科學研究所研究免疫系統基因組學的伊多·阿米特說：“這是一個非常熱門的話題。”“一切都取決於位置，位置，位置。科學界知道這必須是下一步。”
在過去的幾年裡，研究人員紛紛採用能夠對單個細胞中全部 RNA（數以萬計）進行測序的技術。這些 RNA 可以揭示哪些基因被表達，並提供有關細胞在器官或腫瘤內的獨特功能的線索。
但測序方法通常要求首先將細胞從其生活的組織中取出。這會破壞關於細胞所在位置以及它們與哪些鄰居相互作用的寶貴資訊，而這些資訊可能為細胞的功能及其如何在患病組織中出錯提供新的線索。
斯德哥爾摩卡羅林斯卡研究所的分子生物學家尼古拉·克羅塞託說：“單細胞測序技術令人興奮，前景廣闊。”“但是，當我們想到癌症和複雜的生理組織時，我們需要能夠將這些資訊置於空間背景中。”
正在出現一些技術來實現這一目標。 2 月 6 日，阿米特和同樣在魏茨曼研究所的沙列夫·伊茨科維茨及其同事報告說，他們已經建立了小鼠肝小葉的逐個細胞圖譜，其中包含每個細胞的 RNA 序列1。肝小葉通常被分為同心層；該團隊在位於兩層之間的介面處的細胞中發現了獨特的基因表達模式。“該區域不僅僅是一個過渡區，”伊茨科維茨說。“它是一個具有特定功能的新區域。”
窺視蛋白質
與此同時，漢農與馬薩諸塞州劍橋市哈佛大學的生物物理學家莊曉薇合作，後者開發了一種方法，可以使用成像技術讀取細胞內的二進位制條形碼編碼 RNA。該技術可以同時檢測單個細胞中數千個 RNA，而不會將其與鄰居分離。“每次我看到帶有突出條形碼的影像時，我都會想起電影《駭客帝國》，”莊說。
與蛋白質和其他分子打交道相比，RNA 的分子製圖很簡單。英國泰丁頓國家物理實驗室的約瑟芬·邦奇和她的同事們正在開發腫瘤圖譜，其中包含有關脂質、藥物和代謝物等小分子以及蛋白質等大分子的詳細資訊。這些方法將使她的團隊能夠評估每個樣品中約 50 種蛋白質。
這聽起來可能不如其他技術測量的數千個 RNA 那麼令人印象深刻，但斯坦福大學的分子生物學家加里·諾蘭說，50 種蛋白質（可以選擇適合特定組織）的資訊以不同的組合存在，足以識別主要的細胞型別並評估在其中執行的關鍵分子途徑。他指出，蛋白質比 RNA 更直接地反映細胞的功能，並且可以更好地讓研究人員將他們的資料與先前發表的追溯到幾十年前的細胞圖譜聯絡起來。
無論哪種方法最終勝出，研究人員還需要開發新的方式來展示資料，漢農說。“虛擬現實非常強大，”他說。“但是資訊量將非常龐大，我們將需要新的方式來與資訊互動。”
本文經許可轉載，並於2017 年 2 月 20 日首次釋出。