分子生物学家格雷格·汉农第一次在肿瘤中穿梭时，他感到既惊讶又受到启发。汉农和他在英国剑桥大学的同事们使用虚拟现实模型，飞进和飞出血管，评估了浸润的免疫细胞，并萌生了一个前所未有的肿瘤图谱的想法。
他回忆说：“天哪！”他当时想，“这简直太棒了。”
2 月 10 日，总部位于伦敦的 英国癌症研究慈善机构宣布，汉农的分子生物学家、天文学家和游戏设计师团队将在未来五年内获得高达 2000 万英镑（2500 万美元）的资金，用于开发其乳腺癌的交互式虚拟现实地图。汉农穿梭的肿瘤是一个模型，但真正的模型将包括肿瘤中每个细胞数千个基因和数十种蛋白质表达的数据。希望这种空间和功能细节能够揭示更多关于影响肿瘤对治疗反应的因素。
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该项目只是旨在建立新一代细胞图谱的众多项目之一：这些图谱详细描述了器官或肿瘤中每个细胞的位置和组成。
英国癌症研究慈善机构还向另一个团队提供了高达 1600 万英镑的资金，用于制作类似的肿瘤图谱，该图谱将侧重于代谢物和蛋白质。今年晚些时候，美国国家心理健康研究所将宣布 以非凡的分子细节绘制小鼠大脑图谱的资助获得者。2 月 23 日至 24 日，研究人员将在加利福尼亚州斯坦福大学聚集，继续规划人类细胞图谱，这是一项尚未获得资助的绘制人体内每个细胞图谱的工作。
逐个细胞
以色列雷霍沃特魏茨曼科学研究所研究免疫系统基因组学的伊多·阿米特说：“这是一个非常热门的话题。”“一切都取决于位置，位置，位置。科学界知道这必须是下一步。”
在过去的几年里，研究人员纷纷采用能够对单个细胞中全部 RNA（数以万计）进行测序的技术。这些 RNA 可以揭示哪些基因被表达，并提供有关细胞在器官或肿瘤内的独特功能的线索。
但测序方法通常要求首先将细胞从其生活的组织中取出。这会破坏关于细胞所在位置以及它们与哪些邻居相互作用的宝贵信息，而这些信息可能为细胞的功能及其如何在患病组织中出错提供新的线索。
斯德哥尔摩卡罗林斯卡研究所的分子生物学家尼古拉·克罗塞托说：“单细胞测序技术令人兴奋，前景广阔。”“但是，当我们想到癌症和复杂的生理组织时，我们需要能够将这些信息置于空间背景中。”
正在出现一些技术来实现这一目标。 2 月 6 日，阿米特和同样在魏茨曼研究所的沙列夫·伊茨科维茨及其同事报告说，他们已经创建了小鼠肝小叶的逐个细胞图谱，其中包含每个细胞的 RNA 序列1。肝小叶通常被分为同心层；该团队在位于两层之间的界面处的细胞中发现了独特的基因表达模式。“该区域不仅仅是一个过渡区，”伊茨科维茨说。“它是一个具有特定功能的新区域。”
窥视蛋白质
与此同时，汉农与马萨诸塞州剑桥市哈佛大学的生物物理学家庄晓薇合作，后者开发了一种方法，可以使用成像技术读取细胞内的二进制条形码编码 RNA。该技术可以同时检测单个细胞中数千个 RNA，而不会将其与邻居分离。“每次我看到带有突出条形码的图像时，我都会想起电影《黑客帝国》，”庄说。
与蛋白质和其他分子打交道相比，RNA 的分子制图很简单。英国泰丁顿国家物理实验室的约瑟芬·邦奇和她的同事们正在开发肿瘤图谱，其中包含有关脂质、药物和代谢物等小分子以及蛋白质等大分子的详细信息。这些方法将使她的团队能够评估每个样品中约 50 种蛋白质。
这听起来可能不如其他技术测量的数千个 RNA 那么令人印象深刻，但斯坦福大学的分子生物学家加里·诺兰说，50 种蛋白质（可以选择适合特定组织）的信息以不同的组合存在，足以识别主要的细胞类型并评估在其中运行的关键分子途径。他指出，蛋白质比 RNA 更直接地反映细胞的功能，并且可以更好地让研究人员将他们的数据与先前发表的追溯到几十年前的细胞图谱联系起来。
无论哪种方法最终胜出，研究人员还需要开发新的方式来展示数据，汉农说。“虚拟现实非常强大，”他说。“但是信息量将非常庞大，我们将需要新的方式来与信息交互。”
本文经许可转载，并于2017 年 2 月 20 日首次发布。