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美国癌症物理学研究趋冷

癌症的物理学研究是当前癌症研究领域的新兴热点,最典型的就是美国国家癌症研究所5年前启动的12个研究中心为代表,最近该研究所宣布关于该类项目资助的新一轮5年计划只有4个,其中只有2个项目属于延续性项目,不仅资助数量压缩到过去1/3,单项研究经费也少于上一轮计划。

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无论官方解释多么委婉,这显然说明美国主流研究机构并不看好这一新领域,这也说明美国国家研究机构研究方向的个人色彩,因为主张和支持该项目的主管离职才导致这种结果。


癌症的治疗是手术切除、放疗和化疗,目的是根除癌细胞。但上述治疗没有解决病因问题,复发是必然的。化疗药还诱发癌细胞产生抗药性,最终必然让癌症患者陷入无可救药、万劫不复的境地。靶向精准治疗和细胞免疫治疗现在也逐渐成为肿瘤治疗的重要方法,且是从肿瘤发生原因上解决问题,但效果依然不那么理想。


40年前的癌症研究一直由物理学家与生命科学家共同承担,德国伦琴发现X射线、法国维拉德发现γ射线、居里夫人因发现镭而获得诺贝尔奖后,放疗(包括伽马刀)就成为癌症的常规治法并沿用至今,但此后癌症的研究方向逐渐转向分子生物学、遗传学和细胞学而与物理学分道扬镳了。


不过,物理学家并没有停止对癌症的研究。癌症教科书都认为癌症是一种基因疾病。但物理学家认为,癌症并非基因突变所致,而是发育性疾病。在生物体内,细胞无时无刻不被暴露在物理力的作用之下,如收缩力、舒张力、流体静压力和机械剪切力等。癌症扩散正是由于作用于细胞的物理力。


美国圣塔芭芭拉的Kavli理论物理学研究所,每年都会举行10场物理学领域的前沿讨论会,时间长达两到三个月。当年65岁的理论物理学家Paul Davies受时任美国癌症研究所副所长的安娜·巴克女士邀请,参加了“抗癌战争”研讨会并发表主旨演讲,以便让肿瘤学家与物理学家碰出些新思维的“火花”。


巴克组织的研讨会最终促成了美国在2009年底成立12个物理学—肿瘤学中心,戴维斯就是其中“超越”科学基本概念中心的负责人,还是“物理学遭遇癌症”总体项目的主要参与者。


在物理学家看来,生物学关于癌症的研究过分注重基因“细节”,反而忽略了“主体”,导致无法知道“生命机器”的崩溃具体哪儿出了故障。海量的基因组、转录组、蛋白质组、代谢物组数据,并未帮助生物学家彻底厘清肿瘤发生的头绪。


在许多具体的癌症研究领域,物理学家能发挥其他学科无法取代的作用。例如用纳米技术制造的药物载体能将化疗药物准确地运送到病灶部位的纳米给药工具开发;在基于物理学原理的诊断工具能在发病早期鉴定肿瘤所在单细胞成像技术;利用激光图像技术分析细胞弹性预测实体瘤浸润及转移倾向的技术;利用计算机模拟更好地理解癌症研究中物理学、基因学和细胞学的相互作用肿瘤增殖数字模拟技术,等。


美国国家癌症研究所2009年就开始部署物理学对抗癌症的雄心勃勃的研究计划,2015年6月,美国国家癌症研究所宣布了第二轮资助计划,将给4个物理科学癌症中心每年大约200万美元连续5年的新一轮资助,一些物理肿瘤学家对这些项目最并不满意。


新泽西州普林斯顿大学物理学家Robert Austin认为这些计划太保守,无法产生范式转换。美国国家癌症研究所官员说,年内或明年开始的最新计划秉承该机构一贯支持跨学科研究的承诺。美国国家癌症研究所该项目前负责人现在约翰霍普金斯大学的Larry Nagahara教授说,研究计划并不是新的,只不过是对过去研究项目的继续支持。现项目负责人Sean Hanlon坚称,该项目虽然引入工程和应用数学等学科,但并没有失去物理为主的特征。


物理科学癌症中心计划很大程度上来自安娜.巴克的推动,在2007 - 08年美国癌症研究所副所长期间奠定了项目的基础。她和其他的支持者指出,尽管投资数十亿美元的研究癌症药物和某些疗法,但癌症患者死亡率并没有明显减少,关键是因为医学生物学对癌症本质缺乏理解。


他们提出在癌症战争中开辟一条新战线,让物理学家在其中发挥核心作用。因为癌症不是绝对意义的生物现象,也是一种典型的物理现象。美国国家癌症研究所2009年启动的物理学对抗癌症的研究计划,共有12个年度经费250万连续5年资助的研究中心。每个中心都有一个物理学家和一个肿瘤生物学家共同负责。


有的物理学家试图提出关于癌症发生的新概念。例如参与最初项目研讨会的Davies和Austin早就提出,产生癌变是细胞恢复到原始进化状态。他正在研究在癌症发展过程中古老基因是否被激活。Austin将肿瘤细胞放置在化学药物梯度条件下,利用微灌流设备探索药物耐受的形成。


他们的研究提示,癌症形成主要是因为环境因素而不是基因突变因素。也有物理学家试图开发或完善用于癌症研究的数学或生物物理学工具。波士顿丹娜-法伯癌症研究所研究人员建立了计算机模拟预测最有可能导致某些癌症的基因和细胞改变,也能预测最可能成功的治疗方法。也有一些中心使用先进的显微镜和谱学技术开展癌症研究。休斯顿赖斯大学物理学家Herbert Levine认为,这些研究都是有价值的,但利用这些手段获得的癌症基本特征并不属于物理学领域。


最新研究资助计划只保留了原来12个中心中的2个,一个是芝加哥的西北大学,另一个是波士顿丹娜-法伯癌症研究所。新增加了2个,一个是纽约的哥伦比亚大学,另一个是费城的宾夕法尼亚大学。


Davies和Austin都没有获得继续资助。这一改变意味着资助机构对过去一些研究项目的失去耐心,因为如Austin等的研究短期内不可能实现目标。


2010年离开国家癌症研究所的巴克说,物理科学癌症中心计划获得了许多成就,包括对癌症进化的理解,预测细胞癌变时间和发现癌症生物标志物等。她也同意,5年对许多新方向实在太短。由于参与者学科跨度比较大,大家相互磨合和达成共识就需要3年时间。


新的国家癌症研究所管理者主张每5年应该进行重新竞争,而不应该简单持续资助。大家都希望能继续资助,但没有那么多钱给大家。不过他们指出,物理肿瘤学现在申请经费的机会很多。Hanlon认为,许多人肯定能从其他途径获得资助。如Levine就获得一项NSF和私人机构的德州联合项目。最近开张的英国弗朗西斯·克里克研究所也致力于吸引物理学家加盟生物医学研究项目。Austin 和 Davies说将考虑从国外或私人基金会申请经费继续研究。


国家癌症研究所项目经理说,资金来源的多样化说明物理肿瘤学已经获得更大范围的支持和认可。他们还指出,英国皇家物理学会2015年6月创刊《整合科学物理肿瘤学》的杂志,美国物理学会和美国癌症研究协会定期举办的关于物理学和癌症进化的学术交流会。5年前,这种会议议题很难发现,现在你随时都可以找到。


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