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蔡志明团队让癌细胞改邪归正 [复制链接]

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癌症,人们谈之色变,唯恐避之不及。膀胱癌是泌尿系统最常见的恶性肿瘤,发病率居泌尿系统恶性肿瘤的首位。目前在临床采用的肿瘤放化疗等方法,尽管对癌症治疗起了一定作用,但其对癌细胞和正常细胞“通杀”的缺点和给患者带来的巨大痛苦却不容忽视。所以,开发精准干预肿瘤细胞的靶向治疗方法,已经成为癌症研究领域的热点。

蔡志明

在深圳,由国家泌尿外科重点学科带头人蔡志明牵头广东省泌尿生殖系肿瘤系统与合成生物学重点实验室研究团队另辟蹊径开展研究。他们以合成生物学技术为矛,以期用这一“新式武器”攻克膀胱癌,并为其他癌症的治疗提供新思路。经过多年的协同攻关,团队已经取得了一系列突破性的研发成果。近5年间,共发表SCI论文篇,其中影响因子10分以上的论文21篇,拥有授权发明专利17项,获得多项各级科技奖项。让癌细胞“精准死亡,扶正祛邪”,让研究成果真正惠及癌症患者,是他们的最高目标,团队正以“一万年太久,只争朝夕”的干劲儿勇往直前,砥砺前行。

乐在其中

作为一名“80后”,实验室副主任*卫人的求学时代正好是生命科学技术突飞猛进的时期。在那个年代,研究者们发明PCR技术、掀起克隆动物热潮、完成人类基因组计划……生命科学领域日新月异的发展让人眼花缭乱。这也对学子、研究者提出了更高的要求,他们不仅要学习已有的学科知识,还要了解整个学科的前沿进展,以服务和指导科研工作。随着学习、研究的不断深入,*卫人逐渐将研究方向锁定在泌尿生殖系统肿瘤发生机制及诊疗上,尤其是泌尿系统最常见的恶性肿瘤——膀胱癌上。

科学家认为,至少种基因与人类疾病的发生有直接关系,还有大量基因与疾病有千丝万缕的联系。要想真正弄懂膀胱癌的发病机制,解析膀胱癌基因组是必由之路。*卫人和团队在国际肿瘤基因组联合项目的支持下,经过多年的刻苦攻关,终于完成了膀胱癌基因组解析,相关数据被纳入癌症领域广为人知的国际TCGA数据库(癌症基因组图谱数据库),占到了膀胱癌数据的半壁江山。

完成膀胱癌基因组解析,并不代表着就弄懂了膀胱癌的发病机制。面对这本“生命天书”,“怎么读”“读完能否写出来”是*卫人和团队接下来要面临的更大挑战。恰在此时,后基因组时代重要学科发展方向合成生物学进入他们的视野。基于全面基因组信息解析为基础的新生学科,合成生物学是生物学与工程学融合的交叉学科,实际上是工程学的思维在生物学领域的应用。工程学中重要的策略,标准化、模块化以及建模在合成生物学中同样关键。在医学领域,合成生物学家们可以将复杂的生命系统分解,可以在不同的尺度上(如元件、回路、途径等)对生命过程进行设计、组装构建、测试并重新设计。有学者预期,合成生物学将对药物、能源、材料、环境以及人类的健康等领域产生重大影响。

蔡志明团队合影

“就像我们把玩具拆开,然后重新去组装出来并实现相应的功能。只有这样,我们才能真正理解生命。”*卫人深入浅出地解释道。他们希望利用合成生物学的方法,将膀胱癌基因组中特定功能的基因信息提炼出来,通过不同功能的重新组装,产生新的生命体系,包括肿瘤特性识别、肿瘤特性干预、肿瘤网络的人工可控的调控,从而实现对肿瘤的诊治。

*卫人和团队的这一设想得到了国家的大力支持。作为我国以获得原创性研究成果为目标的最高层次研究项目,原国家“计划”将合成生物学纳入了研发计划,这在国内还属首次,在当时国内外产生了巨大反响。年1月,在实验室主任、美国生物医学与生物学工程学院Fellow、原国家“计划”首席科学家蔡志明的带领下,原国家“计划”“合成生物器件干预膀胱癌的基础研究”项目正式启动,以医院为主导,与多所科研院校合作,以膀胱癌作为模式肿瘤,开展合成生物器件干预肿瘤的基础研究,旨在通过构建特异、可控和多靶点的合成生物干预系统,弥补传统靶向治疗的缺陷,解决合成器件干预肿瘤的相关基础科学问题,为癌症的治疗提供广泛的科学依据和有效工具。作为研究骨干,*卫人全程学习参与,并做了大量卓有成效的贡献。

区分癌细胞与正常细胞,是*卫人和团队首先要面对的一大难题。据了解,由于膀胱癌早发现早治疗比较困难,晚期癌症患者往往会失去手术的机会。而由于癌细胞的异质性,以及与正常细胞的相似性,传统的放疗和化疗将癌细胞和正常细胞一并杀死,并且容易使癌细胞产生耐药性,一旦转移将产生严重后果。因此,区分癌细胞与正常细胞是癌症诊疗的关键所在。年,基因编辑技术出现,它设计简单、靶向性强,*卫人一直思考能否将其引入癌症诊疗?答案是肯定的。经过大量的实验和研究工作,*卫人和团队有了突破性进展,利用CRISPR-Cas9系统构建了与门(ANDgate)遗传线路。“通过调控相应的基因线路,能够实现膀胱癌细胞和正常细胞的特异识别与区分,并且能够有效抑制膀胱癌细胞生长,诱导其凋亡,遏制细胞迁移运动能力。”*卫人介绍,这一创举在国际上首次实现了对膀胱癌的精准靶向和控制,同时也为其他肿瘤提供了一个可供借鉴的普适性精准化研究与治疗策略。

同时,*卫人及其团队进一步构建基于CRISPR-Cas9系统的“基因调控线路”,调控膀胱癌细胞信号网络和重编程癌细胞命运,实现了对细胞多种内源蛋白信号和复杂分子网络的定向整合、控制与信号系统的重塑,能动态应答并有效处理不同的分子信号,改变细胞信息流动方向,成为搭建人工基因线路的重要使能工具,也解决了科学上的一个重大挑战。

在利用合成生物学策略构建基因线路识别膀胱癌细胞后,如何将基因线路高效靶向“运输”到膀胱癌细胞,也是*卫人团队重点

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