诺曼·多维奇认为,对单个细胞之间细微差异的检测能促进医学诊断与治疗水平-----
对单个细胞进行分析可以帮助研究人员区分单一细胞系种群(图左)和具有不同蛋白组分的多细胞系种群(图右)。这种区分差异的检测技术将对癌症或糖尿病等疾病的研究产生重要影响
众所周知,对于某一群体的集中关注往往会模糊个体之间存在的差异。然而,在生物学中的细胞研究领域,科学家通常是从成千上万个细胞的集体性活动中获得关于细胞行为、状态以及人体健康方面的各种信息。如果我们对单个细胞之间的差异能更准确地理解,就可能会改善癌症和糖尿病的治疗方法。
过去几十年中,我们已经发明了许多方法,对单个细胞进行非常细致的观察——每个细胞都能产生上千种不同的蛋白质、脂多糖、激素以及代谢产物。但大多数方法都有一个致命的缺陷——它们依赖“亲和性反应物”,如连接有特殊蛋白质的抗体。因此,研究人员只能利用这些方法来研究已知的成分。美国华盛顿大学的分析化学专家诺曼·多维奇(Norman Dovichi)认为“:在这种情况下,未知的成分无法观察。”但是大多数细胞都充满了神秘的组分,为此由多维奇领导的研究小组开发出一种先进的超敏技术——用来分离细胞并发现某些从不为人所知的分子。
多维奇的实验室是对单细胞研究关注愈益增多的实验室之一,它在辨别单个癌细胞产生的数十种蛋白之间的差异方面取得了独特的成功。美国密歇根大学安娜堡分校的分析化学专家罗伯特·肯尼迪(Robert Kennedy)说:“10年以前,我还很难想象现今所做到的一切”。他主要研究单个细胞的胰岛素分泌情况,从而寻找大多数常见糖尿病亚型的致病因素。
多维奇有一个大胆的假设:他认为,在癌症的发展过程中,同种细胞之间的蛋白质组分差异会越来越大。如果这种情况属实的话,细胞之间的巨大差异能够提示疾病更具有扩散的趋势。在此假设的基础上,多维奇正在与临床医生合作,共同开发关于食管癌和乳腺癌的预测方法。
在多维奇的办公室里,有一个黄色的菱形标志警示———此处有“激光卫士”(Laser Jock)。多维奇帮助开发了激光DNA测序仪,后者成为人类基因组计划的基础。他的新型单细胞分析仪器几乎全部依赖于以前相同的技术,但难度远比DNA检测要大,它的检测对象是蛋白质、脂多糖和碳水化合物。
在蛋白质检测中,该仪器将反应物和单个细胞混和,置于一个极薄的毛细管中。其中,会发生化学反应使赖氨酸(蛋白质中的一种常见氨基酸)发出荧光;带有电荷的各种蛋白质会在毛细管中以不同速率进行迁移(迁移速率取决于分子大小)。最终,由一个激光探测器记录荧光的亮度,并将生成一张图谱,显示细胞中各种蛋白质的数量。
虽然这项技术揭示了细胞间的差异,但它无法对蛋白质进行具体的确认。尽管如此,这种分析仪器具有前所未有的灵敏度,能够显示潜在的重要差异。多维奇说“:对于癌症预测项目来说,我们并不需要获知细胞组分的确切信息。”
在为单细胞生物学潜在的发展空间感到兴奋的同时,多维奇也为其局限性而头痛。目前,这些分析非常费时而且费力。多维奇说“:它还处于早期发展阶段,但在10年、20年或30年之后,当人们对这个领域进行回顾时,他们会说:这是多么有趣的探索啊!”