点击鼠标,彩色块状和螺旋状细胞图像便显示在影像监视器上。这一不同于一般的显微镜,配有一台摄影机、计算机和激光器,将一薄片肿胀组织固定在一载片上,并搁在一平台支架上,在显微镜下显示其细胞结构。
国家癌症学会(NCI)的罗伯特 · 邦纳制造了这一显微镜的样机,在这一显微镜基座上设有一个操纵杆。凭借显示器,一簇极小的看似畸变的细胞移入一个环型目标中。他按动红色按钮,点燃激光。由于激光器渐渐发热,在目标中的细胞也随之白热化,以至熔化,但并不损坏清洁的塑料薄膜。
这一方法称之为‘激光俘获显微解剖术’(Laser Capture Microdissection),是目前诊断治疗癌症中最新的手段。
“这是人们第一次通过按动按钮,从一个肿胀标本数百种不同类型的细胞中,可以获取所感兴趣的特定细胞,”病理学负责人兰斯 · 利奥塔说。
利奥塔为‘癌症整组基因解剖学计划’(CGAP)发明的这一强有力的技术,已由NCI的官员正式做了宣布。在今后的几个月内,来自全国100个实验室的科学家们,将要演示‘激光俘获显微解剖术’,从数千种肿胀标本中,收取所选定的细胞。
由于掌握了这些细胞,科学家就能够极精确地确定所打开并活化的基因内部,最终,从一组织标本中获取特定细胞的能力,决定了对所打开的基因,将会产生一个包括所有主要肿胀类型基因的完整记录。而且,全世界的科学家将拥有他们自己支配的一个庞大的联机数据库,内含有对癌症全追踪过程中的每一阶段每一活性基因的指纹图谱。
“我们预计在今后的两、三年内,能够了解在癌症中所包括的绝大部分基因,”利奥塔说。
NCI主任理查德 · 克劳泽纳认为,CGAP计划将引发癌症战的彻底革命,并对研究方式实行永久的转变。
“在以往的10年来,诊断治疗癌症是最有价值的和最令人兴奋的领域。以往这一领域一直是逐步地、一次一个地鉴别癌基因,”克劳泽纳说:“CGAP计划是第一次使这一鉴别系统化,以至我们能够从发现单一的一种疑难,发展到发现所有的各种疑难症。”
专家们对系统化基因发现的评价是:
· 可以在还没有对人体造成任何伤害之前的最初阶段,实现癌变的更高精确度的诊断实验;
· 对癌症患者的治疗要突出个性化,并针对他们特有的机能失常的基因或基因组;
· 一个巨大的人体所有重要器官正常基因和癌变基因库,可在国际互联网络上获得使用权,并供科学家们研究。
“在以往10年中我们所了解到的是,癌症是一种可以遗传的疾病,”在休斯敦的安德森癌症中心,得克萨斯医科大学校长约翰 · 门德尔松说。
在癌症中,约有3~5种基因发生畸变。如果我们能够更详细的鉴别这些基因,那么,我们就能够极完善地进行遗传学的实验,并预知一个人患各种类型癌症的危险,他说:“一旦我们知道基因产生缺损,那么,我们就能够在癌症刚出现的时候,及早地采取措施。最终,我们能够设定专门针对所出现的极不正常的癌细胞进行治疗”。
CGAP计划有效地将遗传学、计算机技术和微生物学结合在一起,而利奥塔的‘激光俘获显微解剖术’却使这一计划更具有实用性。
像许多科学突破一样,激光俘获显微解剖术也是从挫折中诞生的。
“作为一名癌症病理学家,我将时间都耗用在观测载片上的细胞基上,”利奥塔说:“我可以告诉你癌症是否已出现或正在发展,但我却并不能告诉你为什么会出现或是如何出现的。”
如果科学家能够恢复出现在载片上的二维块状和螺旋状的似癌细胞,那么,他们就会获得这些细胞的基因,也就能进行更深一步的调查。
问题是肿块中含有数百种不同类型的细胞,包括血管、肌肉、腺、连结组织、脂肪和免疫系统的细胞,而这些细胞中的绝大部分是与癌症毫无关系的。
我们所感兴趣的细胞,利奥塔说,是存在在癌变前和它们的基因正在开始畸变的肿瘤标本中,是还未开始扩散和恶化的似癌细胞,或是已扩散全身并生成新肿块的侵入细胞。所有这些细胞都能够在相同的患病组织中找到。
这一挑战的关键是在于用何种方法将这些细胞从其他细胞中分离出来,以便仅对所选择细胞的
进行分析。在过去几年来,科学家们试过许多技术,包括照射一组织薄片中不必要的周围细胞,并在显微镜下人工用针将癌细胞分割出来。经过验证,这些技术运用起来太困难而又费时。
“在上述这些方法中,还没有一种适用于日常研究,或临床分子诊断应用的简易、精确和有效的方法”。CGAP计划基因组负责人迈克尔 · 埃默特-巴克说。
出于发明的需要,利奥塔找到邦纳,要求以一种更精确更自动化的方式制造一台可作解剖的仪器。1996年11月8日,利奥塔研究小组在《科学》杂志上首次发表了题为“激光俘获显微解剖术”的论文。
NCI研究小组获得制造程序和显微镜的专利权,并与一家名不见经传的小公司加利福尼亚州圣克拉拉的Arcturus公司达成交易,由该公司为CGAP计划生产这一仪器。
目前,已拥有了从任一组织标本中,很轻易地俘获正常的、癌变前和似癌基因的能力,科学家们能够开始去恢复致癌的基因。
这是由激光俘获显微解剖仪结合另一突破性技术来完成的。
1991年,国立健康研究院的一位小有名气的名叫克雷格 · 文特尔的科学家,发表了一篇阐述一种称之为‘序列特征的判断’技术的论文。这一技术使他的研究小组,一开始就从碾碎的脑组织标本中,鉴别了3,000多种单独的基因。
这一技术包括从碾碎的组织中提取称为RNA的遗传物质,但它仅在基因被打开时才存在,并指示细胞为了一个特殊的目的而形成一种特殊的蛋白质,例如,为形成脑细胞壁的一种蛋白质。
文特尔和他的研究小组,开发了存在于组织标本中RNA读数的方法。如果在标本中拥有3,000种不同的RNA的标本,那么,这就意味着3,000种基因在起作用。
从那一点来看,他们能够制作RNA的碳复制件,创造通常所说免费赠送的DNA或CDNA,然后部分解读这一基因。这一过程从所存在的每一个活性基因中,获取一单独的指纹图谱。这些特性是无名的,但是,科学家们可以从指纹图谱开始着手,再附加探测工作,从而确定全部特性,包括基因的位置和功能。
指纹图谱称之为序列特征的诊断,或ESTs。这一技术已被用于鉴别50,000多人基因的指纹图谱,并为鉴别大多数人的基因和为全部解释近乎12种完整的人物体奠定了基础。
传统上,—直是从一组织标本中的全部基因中获得。但由于在肿块中拥有如此众多的不同细胞,而利奥塔利用显微解剖仅去获得所选定细胞的基因。
“我们正惊讶地感觉到新基因的发现率是如此之高,”克劳泽纳说:“他们已偶尔发现了几种非常有趣的、似乎仅表示癌症前期的基因。”
邦纳将另一载片放置在显微镜下。不久,其他100个实验室的科学家们将做这同样的事情,他们都在观测身体所有部位各种不同类型的癌组织。
就在这3个月内,研究小组已发现了50种基因,其中有一种来自于前列腺组织的基因,其仅在变成似癌细胞前这一阶段期间是呈活性的。埃墨特-巴克认为,这将成为前列腺癌的一个重要标志,这是一个比目前任何检验都更为精确的预示器。
这一研究小组还发现了在癌细胞转移中,那些“古怪而迷离的”基因,这或许有助于解释癌细胞是如何蔓及全身的。
[http://www. usatoday. com 08/06/97]