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抗击癌症的战争是一场漫长而缓慢的苦战，但一种新的战士，带着一套新的技能，正在加入战斗。
从历史上看，生物学家一直通过反复试验来研究癌症，逐一测试分子通路和治疗方法，希望找到治愈方法。但这种方法并没有带来任何突破。2009 年 10 月，美国国立卫生研究院（NIH）国家癌症研究所的领导人发起了一项运动，旨在吸引更多该领域以外的科学家、工程师和思想家进入癌症研究领域。他们希望传统上不同的领域之间的合作能够产生新的癌症治疗工具，并可能让生物学家和医生更像物理学家一样思考。
“他们举手投降，说：‘我们赢不了这场战斗，我们必须邀请具有不同观点的人进来’，”计算机科学家、机器人学家和发明家 丹尼尔·希利斯说，他之前曾担任沃尔特·迪斯尼幻想工程部门的副总裁。
现在，希利斯正在将他的工程专业知识应用于寻找癌症治疗方法，他是几个主要新组织的首席研究员之一，这些组织将医生、生物学家、物理学家和工程师的才能引导到研究癌症如何以及为何发展的过程中。
“自 20 世纪 50 年代以来，癌症的死亡率没有太大变化，”南加州大学（U.S.C.）西区前列腺癌中心负责人 大卫·阿古斯解释说，他也是 NIH 所称的物理科学肿瘤中心（PSOC）的共同研究员，与希利斯一起。“我们需要新的创新和新的思维方式，”阿古斯说。
例如，直到今天，癌症研究人员还不能正确预测或控制化疗何时以及如何起作用。“没有真正的数据表明化疗只针对癌细胞，”阿古斯说。无论其机制如何，化学疗法、癌细胞和周围健康活组织之间的微妙生物分子舞蹈对某些患者有效，但对其他患者则完全无效。阿古斯和他的同事想知道为什么。
他位于南加州大学的团队由来自九个不同机构的 20 位研究人员组成，是全国 12 个独立的 PSOC 之一。普林斯顿大学的一个中心由生物物理学家 罗伯特·奥斯汀领导，该中心正在使用微细加工技术来了解什么样的微环境会导致某些患者对化疗产生耐药性。另一个由亚利桑那州立大学坦佩分校的宇宙生物学家 保罗·戴维斯领导，他正在通过比较单细胞的三维图像来研究癌变组织和保持健康的组织之间的物理差异。自该项目启动以来，NIH 已向各个 PSOC 投入了超过 6000 万美元。
在南加州大学，研究人员希望通过构建癌症的最终计算机模型来最终找出癌症的“为什么”——该模型可以捕捉到从单个分子如何移动到肿瘤如何在宿主体内扩散的物理原理的所有信息。
这是一项雄心勃勃的任务，PSOC 有五年时间和 1600 万美元来完成它。“也许它太复杂了，我们无法完成，但最终必须有人来完成这件事，”希利斯说。总有一天，有了像希利斯梦想的模型，医生可以获取患者的医疗数据，通过计算机模拟运行，并确定在现实世界中尝试之前，特定治疗方法是否应该有效。
但是在你建立癌症的物理模型之前，你必须首先让生物学家和物理学家交谈。
“他们听不懂彼此的笑话，”加州大学洛杉矶分校的生物化学教授 帕拉格·马利克说。马利克有独特的能力理解这两个群体，因为他的研究一直是工程学和生物化学的混合。PSOC 项目的部分目标是培养更多具有这种跨学科专业知识的专家，因此他花费大量时间进行教育和推广——包括让物理学家和生物学家嘲笑彼此的笑话，或者至少理解它们。“在创建 PSOC 之前，物理学家、工程师、数学家和生物学家一起参加会议的情况很少见，”他说。
为了建立从分子到哺乳动物的癌症模型，马利克正在尝试找出如何桥梁生物学运作的所有不同尺度——原子/分子、细胞和整个生物体。有专门的实验室致力于每个单独的尺度，从纳米到宏观。“最终我们想知道肿瘤的状态。它是在生长还是在死亡？它是如何移动的？”马利克说。有数百种属性会影响肿瘤的状况——从其大小和生长速度到其环境温度。所有这些都会影响癌症的发展和扩散。
“一旦我们知道所有的运动部件是什么以及它们如何相互作用，癌症研究就会从一种黑色艺术变成一种工程技术，”纽约大学生物学和计算机科学教授 理查德·博诺说。博诺和他的同事正在构建计算机模型的一部分，该部分显示癌细胞在分子水平上的行为方式。然后他们会将其连接到不同机构不同尺度上的其他模型。在所有合作部分组合在一起后，该团队应该知道一个突变的蛋白质如何影响肿瘤在小鼠体内的扩散。
当希利斯和他的同事将他们的技能应用于抗击癌症的战争时，他们也必须适应不同的研究环境。“我作为首席研究员做的第一件事就是获得安乐死小鼠的资格。人道地杀死小鼠出奇地困难和复杂，”希利斯说。他对生物学有了新的尊重。“这让物理学看起来很容易，”他说。对于物理学，你多次进行相同的实验，得到相同的结果。但是给小鼠注射一针，它每次的反应都会略有不同。
对于投身于生物学的物理学家来说，最困难的调整可能是感受到临床肿瘤学中固有的紧迫感。“这周有两名患者死于癌症，”阿古斯说。“如果你每天都身处面对癌症和癌症患者的战壕中，那么看待问题的方式就不同了。”