2011年9月1日報道——由瑞士聯(lián)邦理工學院(ETH)Yaakov Benenson教授與麻省理工Ron Weiss教授率領的研究小組成功地將生物“計算機”診斷網絡導入人類細胞。該網絡有識別某些腫瘤細胞的能力，利用五種腫瘤特異性分子因子的邏輯組合，進而觸發(fā)腫瘤細胞毀滅過程。

細胞微機布線圖：所有五種因子必須處于相應的正確狀態(tài)，由此觸發(fā)細胞死亡

開發(fā)活體細胞內運作的生物電腦，是ETH蘇黎世分院合成生物學教授Yaakov (Kobi) Benenson孜孜以求的目標，其職業(yè)生涯的大部分時間都傾注于此。他想建立既能偵測細胞生存狀況、又能在細胞異常時對相應信息進行處理以提供合適的治療響應的生物微機。目前，通過與麻省理工教授Ron Weiss以及團隊成員(包括博士后學者Zhen Xie 與 Liliana Wroblewska、博士生Laura Prochazka)合作，他向這一目標邁出了重大一步。

這一研究成果已發(fā)表，論文介紹了一種多基因合成“電路”;此電路負責鑒別正常細胞與腫瘤細胞、繼而進一步摧毀腫瘤細胞。其工作方式是：對細胞內五種腫瘤特異性分子因子及其出現頻率進行抽樣與綜合;只有當所有這些因子在細胞內同時出現時，該電路才會作出正識別響應。這種方式使得偵測腫瘤的準確率非常高。研究者希望這一成果能夠為高特異性抗癌治療奠定基礎。

對腫瘤細胞的選擇性破壞

本研究對實驗室培養(yǎng)的兩種類型人類細胞進行了基因網絡測試：海拉細胞(子宮頸癌細胞)與正常細胞。當基因生物微機被導入這兩種不同的細胞類型時，只有海拉細胞被摧毀，而正常細胞則安然無恙。

當然，取得這一結果需要做大量的基礎工作。首先必須找出海拉細胞特有的分子組合。Benenson及其他小組成員在屬于小RNA分子(MicroRNA或miRNA)這一類化合物的分子中找，終于確認其中一個miRNA組合(或者說“可識別屬性”)只有海拉細胞才有，其它健康細胞類型內則不存在。

發(fā)現這種可識別屬性是一項頗具挑戰(zhàn)性的任務。人體內既存在250種不同的健康細胞類型，此外也存在為數眾多的腫瘤細胞的變異型(其中數百種可作實驗室培養(yǎng))。但miRNA多樣性則更是不讓須眉花樣繁多，人類細胞中已得以描述的即達500到1000不同種類。Benenson指出：“每種健康或病損細胞類型都有其不同的miRNA分子處于開放或關閉狀態(tài)。”

可識別腫瘤屬性中的五種因子

確立一種miRNA“可識別屬性”與發(fā)現一組癥狀以可靠診斷一種疾病有所不同。教授說：“一種癥狀，比如說發(fā)熱吧，不可能由此概括出一種疾病。醫(yī)生獲得的信息越多，其診斷才越可靠?！薄∫荒臧肭八麖墓鸫髮W到ETH后，研究小組找到了幾種因子，可由此可靠地將海拉細胞從所有其它健康細胞中鑒別出;結果表明，僅僅五種特定miRNA的組合(其中某些以高水平出現，某些則以極低水平出現)就足以將海拉細胞從其混跡的健康細胞中揪出來。

與微機運作相似的網絡

Benenson介紹說：“這些miRNA因子在細胞內進行邏輯代數運算;該生物微機運用諸如‘與’與‘非’等邏輯操作將這些因子進行組合，并且，當全部因子的整體運算結果為邏輯‘真’值時，只產生所需要的結果——那就是細胞死亡?！薄〈_實，研究者已經能夠顯示該網絡在活體細胞內可以非常穩(wěn)定地運作，可正確組合所有細胞內因子并給出正確的診斷。Benenson認為，這一成果代表該領域的一項重大成就。

動物模型與基因療法

該研究小組想在下一步在合適的動物模型上測試該細胞計算方法，以期在未來創(chuàng)建診斷與治療工具。這聽起來可能象科幻小說，但Benenson相信其可行性;不過，仍有不少棘手的問題需要解決。比如，如何有效、安全地將外源基因導入細胞?這種DNA遞送在目前情況下頗具挑戰(zhàn)性。尤其是，該方法需要將外源基因暫時而不是永久導入細胞。現有的病毒導入法或化學導入法均未充分開發(fā)，需要進一步完善。

Benenson說：“為人類提供一種功能完善的治療方法還非常遙遠。不過這一工作是重要的第一步，顯示了單一細胞水平上這樣一種選擇性診斷方法具有可行性?！?/p>