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早在 1974 年,麻省理工学院(MIT)就在诺贝尔奖得主 Salvador Luria 的倡导下成立了癌症研究中心,深入探索与癌症相关的基本生物过程。他们关注的问题包括癌症的遗传和分子基础、细胞过程如何影响其生长和行为、免疫系统如何发展和识别抗原,等等。最早被 FDA 批准的分子靶向抗癌药格列卫(1998 年),以及其后不久的另一款抗癌明星赫赛汀(2001 年)的问世都部分得益于这个中心的工作。

22 号染色体和 9 号染色体上的一部分发生了易位,导致了 22 号染色体变短,这是慢性粒细胞白血病(也被称为血癌)的发病原因。

22 号染色体和 9 号染色体上的一部分发生了易位,导致了 22 号染色体变短,这是慢性粒细胞白血病(也被称为血癌)的发病原因。

因为《我不是药神》的风靡,格列卫在中国已经具有了相当的认知度,这款用于慢性粒细胞白血病的“神药”正是基于对 22 号染色体——也被叫做费城染色体——异常机理的研究而开发出来的。

从发现这个异常到药物上市,前后历经 30 年,来自许多研究机构的优秀科学家在这当中做出了艰难努力,MIT 的 David Baltimore 等人于 1986 年找到了其中的一个关键基因表达蛋白。

2007 年,美国第二大私人控股公司、石油集团科赫工业的执行副总裁大卫·科赫(David H. Koch)向 MIT 捐赠了 1 亿美元,用于癌症研究中心的改建。科赫是 MIT 校友,毕业于化学系,曾在 1992 年被检查出前列腺癌,因发现得早而得到及时治疗,这也是他此后热心于癌症基础研究的重要原因。

改建后的中心易名为科赫研究所,于 2010 年 12 月落成。这座占地 17000 平米的建筑既有用于实验室的空间,也有用于交流的公共区域,并专门在底层设置了一个画廊,其中展出了科学家们在研究肿瘤的工作中拍下的重要瞬间。从 2013 年开始,研究所还专门设置了“科赫图片奖”,每年都会评选一批展示生命科学研究的优秀作品。

科赫研究所底层画廊

科赫研究所底层画廊

科赫研究所底层画廊

科赫研究所底层画廊

作为美国国家癌症研究所指定的八个基础研究中心之一,科赫研究所确定了对控制癌症至关重要的五个研究领域:

  1. 开发基于纳米技术的癌症治疗方法
  2. 创造用于癌症检测和监测的新型装置
  3. 探索和转移相关的分子和细胞基础
  4. 通过癌症分析推进个性化医疗途径和耐药性
  5. 构建免疫系统对抗癌症

而他们的人才队伍也是阵容豪华,其中包括 2 位诺贝尔奖获得者,18 位国家科学院院士,8 位国家工程院院士,5 位国家科学奖章获得者和 1 个麦克阿瑟奖学金获得者。

“科赫图片奖”的宗旨是通过图像视觉方式,去传达癌症科学家们在战胜病魔之路上的阶段性发现,其间也透露出来他们颇具哲思的思考与文艺才华。我几乎是津津有味地翻遍几年来每一张入选图片,并读完他们的作品描述,不仅感受到美和智慧,也对当今世界的医学力量有了更多的信心。

曾几何时,被认为是死刑判决书的各种绝症,已慢慢被擒服,尽管路途遥远,但幸运是没有人放弃。这里就介绍一下 2018 年的十张优胜图片吧,我希望你能和我一样喜欢它们,并且有时间能去现场观摩。

露出来的砖:构建异倍体细胞的免疫间隙

图片提供者:Lauren Zasadil,AngelikaAmon。来自 Koch Institute at MIT

图片提供者:Lauren Zasadil,AngelikaAmon。来自 Koch Institute at MIT

异倍体是染色体有缺失或多余,这是在细胞分裂过程中出现分离异常的结果,是癌症标记物,也是治疗干预的潜在目标。无论如何,最新证据表明,在癌症病发之前,免疫细胞可能已经努力从身体里消除了不必要的异倍体。通过冲刷异倍体小鼠模型的组织样本,Amon 实验室的研究人员会像侦探一样去寻找炎症之类的线索,揭示免疫系统的活动。这 363 张图片可以帮助他们完善这个档案,发现对抗癌症的新帮手。

击中甜蜜点:捕捉胰腺蛋白质

图片提供者:Abel B. Cortinas,Kevin B. Daniel,Victor Cruz,Robert Grant,Daniel G. Anderson。来自 Koch Institute at MIT

图片提供者:Abel B. Cortinas,Kevin B. Daniel,Victor Cruz,Robert Grant,Daniel G. Anderson。来自 Koch Institute at MIT

某些类型的糖尿病可以通过注射胰岛素来控制,这种蛋白质激素能调节身体对糖的代谢,但治疗中需要精准的剂量和持续监测血液中的葡萄糖水平。而 Anderson 的实验室正在开发一种“智能”胰岛素,它能自动感应血糖水平的变化,作出打开或关闭的响应来满足身体需要。这张图片显示了 X 射线拍摄的“智能”胰岛素蛋白晶体结构。

皱褶:折纸打败癌症转移

图片提供者:Aikaterini Mantzavinou, Lina A. Colucci,Michael J. Cima。来自 Koch Institute at MIT

图片提供者:Aikaterini Mantzavinou, Lina A. Colucci,Michael J. Cima。来自 Koch Institute at MIT

许多晚期癌症患者整个腹部都长满了肿瘤,这种情况下需要结合手术和化疗来杀死尽可能多的癌细胞,同时又要考虑如何尽可能不伤害身体。出于这个目的,Cima 实验室发明了一种很薄的生物材料,能够每周低剂量地持续释放化疗物质。这个灵感来自日本折纸艺术,也就是东京大学构造工学名誉教授三浦公亮所发明的著名折叠技术“三浦折叠”。可以把折叠好的载体通过一个小切口放进病人的腹部,一旦进入,它就会扩展到尽可能大的区域进行给药。

空间表达式:肿瘤生长快照

图片提供者Leah Caplan, Jatin Roper, InbalAvraham-Davidi, Sebastian Santos, Ömer Yilmaz, Aviv Regev。来自 Broad Institute, Koch Institute at MIT

图片提供者Leah Caplan, Jatin Roper, InbalAvraham-Davidi, Sebastian Santos, Ömer Yilmaz, Aviv Regev。来自 Broad Institute, Koch Institute at MIT

结合计算机视觉与单细胞基因组测序,可以让研究人员更好地理解细胞功能,知道其如何在周围环境中交互。

这张照片使用了一个带有 W1 共焦旋转盘的尼康 TI-E 拍摄而成。图像中,结肠癌细胞(绿色)模型是 Yilmaz 实验室开发出来的,而 Regev 实验室对它进行了测序和荧光标记。黄色荧光标记识别出的是某些类似干细胞的特性,而红色则显示了活跃的增殖。它们一起呈现了一个肿瘤的动态属性。研究团队使用这些信息来确定哪些生物因素和肿瘤生长以及癌症发展相关。

深入皮层:控制损伤反应

图片提供者:Kaitlyn Sadtler, Corina MacIsaac,Robert Langer,Daniel G. Anderson。来自 Koch Institute at MIT

图片提供者:Kaitlyn Sadtler, Corina MacIsaac,Robert Langer,Daniel G. Anderson。来自 Koch Institute at MIT

旅居多伦多的罗马尼亚裔病理学家 Henry Zoltan Movat 于 1955 年开发了一种五色染色剂,用于在单个载玻片中以五种颜色突出显示结缔组织的各种成分,这种方法后来又经过了其他研究者的改进,被称为 Movat 套染。Anderson 和 Langer 的实验室正在开发一种新型生物材料,主要用于皮肤的组织修复,在对损伤部分进行处理后,将组织染色并与控制组进行比较,以确认他们的技术能够兼顾组织再生所需的各个部分。

节点:纳米粒疫苗启动免疫系统

图片提供者:Jason Y.H. Chang,Tyson Moyer,Darrell Irvine。来自 Koch Institute at MIT

图片提供者:Jason Y.H. Chang,Tyson Moyer,Darrell Irvine。来自 Koch Institute at MIT

内淋巴结有着一个叫做生发中心的微型生物工厂,里面的 B 细胞会对传染病原产生协同免疫应答,而 Irvine 实验室开发的纳米颗粒疫苗,目标就是启动这个过程的特定细胞。

这张照片使用了尼康 A1R 超高速光谱扫描共聚焦显微镜来拍摄,为了辨认其中纳米颗粒(蓝色)会不会在滤泡树突状细胞(橙色)上驻留下来,突状细胞的作用是指挥B细胞增殖还有抗体的生产。照片中的特殊疫苗是针对 HIV 病毒开发的,但这种方法也能应用于其他疾病,比如癌症。

第一印象:新记忆形成的大型微观结构

图片提供者:Rodrigo Garcia, Feng-Ju (Eddie) Weng,Yingxi Lin。来自 McGovern Institute for Brain Research at MIT

图片提供者:Rodrigo Garcia, Feng-Ju (Eddie) Weng,Yingxi Lin。来自 McGovern Institute for Brain Research at MIT

记忆是在海马体生成和加工的,不过它里面只有一种特定连接控制着新记忆的编码——由大轴突(绿色)携带着新信息,把它们传递到复杂的树突上(红色)。Lin 实验室研究的对象是 Npas4 基因,它不仅调控着这些连接的强度和规模,而且还控制着这些突触上的蛋白质。通过检验这些结构和功能在细胞分子水平上的关系,我们能够更清楚地看到记忆如何形成。

头或尾:测量转移行为的变化

图片提供者:David Benjamin, Richard Hynes。来自 Koch Institute at MIT

图片提供者:David Benjamin, Richard Hynes。来自 Koch Institute at MIT

转移指的是癌细胞蔓延的过程,它不是随机的。肿瘤细胞可以激活特定基因来帮助这个传播。Hynes 实验室使用透明的斑马鱼胚胎来研究致癌基因 YAP 是如何在癌细胞(绿色)穿过血管(红色)时改变它们的行为的。

控制细胞被注射后进血管后,就会进入流通循环。研究者发现,过度表达 YAP 的细胞,能够在血管中传播得更远,通常它们会进驻大脑,这是一个常见的转移站点。这些发现将有助于解释癌症如何扩散到远处器官。

这张照片是使用尼康 A1R 共焦显微镜获得的。

混乱中的秩序:一个器官的形成

图片提供者:Allen Tseng,Ron Weiss。来自 Department of Biological Engineering andKoch Institute at MIT

图片提供者:Allen Tseng,Ron Weiss。来自 Department of Biological Engineering andKoch Institute at MIT

图像捕捉了分化干细胞自组装成不同层的转换过程,这些细胞会被编码成为微型类器官,然后在实验室中长成为近似真实器官,比如肝脏。红色的细胞会发展成肝细胞、血管细胞和其他类型的细胞,而绿色的那些会转变成神经元。Weiss 实验室试图找到控制这些过程的最好的途径。他们希望使用类器官模型来更好地理解人类发育,用于发现和测试新药,甚至有一天,为需要器官移植的患者提供新的选择。

每一朵玫瑰都带刺:在一个可变世界中保持不变

图片提供者:Clare Harding,Sebastian Lourido。来自 Whitehead Institute

图片提供者:Clare Harding,Sebastian Lourido。来自 Whitehead Institute

这朵“花”显示的是刚地弓形虫在一个人类细胞(红色)内繁殖,不断长成的新寄生虫最终会摧毁宿主,然后寻找新的细胞入侵。“花瓣”外圈的白色是 GAPM1a,一种保持这种生物形状和稳定性的蛋白质,如果没有它的话,寄生虫就会崩溃,无法复制和产生新的子代。Lourido 实验室研究的就是这种蛋白质,以此来解决细胞生物学的一些基本问题。他们的结果表明,新一代寄生虫的成长和大量繁殖有赖于 GAPM1a 的稳定性和结构。

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