事实如此浪漫

癌症不是一个逻辑问题

软件工程师所采用的颠覆性技术可以应用于生物学,就像带有漏洞的机器或计算机可以被黑客攻击或解决一样,这种冲动是根深蒂固的,正如“黑客癌症”所示。这个问题可以追溯到几个世纪以前。 照片由n.i.h.图像库/ Flickr

一个年前,乔·拜登推出了他的“癌症的月球探测器这项计划被广泛认为是一项渐进式的计划,目的是改善癌症的预防、检测和治疗。拜登说:“正如我们所知,我们需要一个绝对的国家承诺来终结癌症当时他正在参观宾夕法尼亚大学和杜克大学的癌症中心。“我不是幼稚。我不认为我们可以终结癌症。“我不是在寻找什么灵丹妙药。没有。”许多人认为,“登月计划”可能将癌症的解决方案视为一个工程问题。

在去年纽约时报的OP-ed中,“我们无法治愈癌症,“奥斯陆大学医学教授Jarle Breivik强调了政府计划是典型的”巨大的计划,用技术和专家储蓄,解决可能的难以解决的问题“ - 但癌症与一个有机和生态问题一样多用虫子或毛刺锻炼的工程问题。“癌症不是太空旅行,”Breivik写道。“生长的癌症流行病不是医学科学即将解决的问题。”

微软明确表示,它将在2026年“解决”癌症。

作为一种技术 - 或初创挑战的一部分重点是欠硅谷企业家的东西,这些企业家在一个世界上长大的世界,大数据和软件工程可以解决任何问题。Facebook Cofounder Sean Parker,通过他的501C3非营利性Sean Parker基金会,承诺2.5亿美元抗击癌症,同时保留他资助的研究项目的专利权,这是一种新的模式自由市场的慈善事业.在《名利场》新企业峰会上一个名为“黑客癌症”的小组讨论中,帕克说话他自己是一个想要制作“大胆赌注”的“技术学家”,同时解决科学中的“系统性低效率”,例如标准化协议和巩固多个医院之间的临床试验,以利用大数据。与此同时,由于医学研究以小的增量步骤进行,大规模的政府资助 - 与竞争性景观的增加,专利和市场新技术和药物 - 表明是被要求制作“大的公众”大胆的赌注“到资助制药行业。

像肖恩·帕克(Sean Parker)这样自称技术专家的人推销的是“解决方案”,如果它们能消除市场空间中的一个问题,就会变得很有吸引力。但是,如果包括癌细胞在内的所有生命都继续利用生态位,那么任何技术人员的解决方案都不会是最终的。 照片由Stuart Isett / Fortune Brenssorm Health / Flickr

癌症作为一个逻辑问题的理论,即细胞回路失控,使细胞癌变,一直是癌症遗传学的标准范例。在过去的十年里,科学家们不仅一直在寻找能够使细胞变成癌症的分子变化的逻辑,而且已经开始使用靶向屏幕在美国,利用基因修饰工具Crispr-Cas9等“武器”,逐个禁用癌细胞中的每个基因,并破译出一种可以阻止癌细胞的逻辑。但是,软件工程师所采用的颠覆性技术可以应用于生物学,就像带有漏洞的机器或计算机可以被黑客攻击或解决的模拟一样,这种冲动是根深蒂固的,正如“黑客癌症”所示。这个问题可以追溯到几个世纪以前。

1747年,法国启蒙思想家Julien Offray de La Mettrie出版了《人的机器》“男人,一台机器”。科学哲学家卡尔·波普尔指出后来,“进化理论给出了一个甚至更清晰的边缘问题。”与此同时,作为仅仅钟表化的生物学观点的追随者。“男人是机器的原则可能更多的防守者,而不是在物理学家,生物学家和哲学家之间,”波普尔观察到“,特别是以人类是计算机的论文的形式。”这种观点的原因是硅谷和计算机公司的流行,这是技术人员出售“解决方案”,如果他们消除了市场空间中的问题,这可能变得有吸引力。但是,如果包括癌细胞在内的所有生命都继续利用生态位,那么任何技术人员的解决方案都不会是最终的。

癌细胞不仅仅是一种机制的紊乱或崩溃,而是一种正在进行全面进攻的有机体,使用多种经常变换的策略来生产和使用分子燃料,赢得资源,并逃避免疫系统。如果是这样,那么游戏规则可能会改变——这些见解表明,与癌症的战争可能是永无止境的。尽管如此,我们还是可以更好地把它作为一个在其生态环境中不断进化的实体来对待,通过“生活毒品“例如工程身体自身的免疫细胞感觉和动员对癌症的攻击。

P约柜支持宾夕法尼亚州科学家们在出价中使用基因改性系统CRISPR-CAS9来修饰免疫系统T细胞,免疫系统的崎岖士兵,否则依赖于抗体对其靶标的抗体的精确指导,附加到血细胞癌症.免疫疗法如此可以涉及添加一些代码,在t细胞表面建立新的受体,使它们能够粘附在癌细胞表面的标记物上,如CD19或NY-ESO-1。许多公司,如Juno, Kite和Novartis,都在致力于设计t细胞来对抗器官中的固态肿瘤,这是一种固定的肿瘤,很难对付,因为它们仍然隐藏在我们的体内,并包裹在被称为间质的结缔组织鞘中。它们代表着一个被制药商普遍视为金矿的目标。基于免疫的策略也可以利用抗体抑制检查点封锁机制,癌细胞用来缓和或关闭免疫系统反应的细胞表面的受体,或新的策略使用病毒来提示癌症的去向然而,如果癌细胞进化,对新疗法的需求可能会变成一场无休无止的军备竞赛。如果我们的细胞没有进化,那么癌症也不会进化。

癌细胞可以使临时使用环境提示。

但是,癌症理论作为一个逻辑问题,而不是在生态学的空间和时间中进化的实体,仍然存在。科学家们仍然相信,他们可以推断出使细胞成为癌症的基因公式,或者可以被打断以阻止癌症的基因公式。事实上,对使细胞癌变的基因的研究一直被淡化,而更倾向于研究可以使基因失效从而杀死癌细胞的基因。例如,一个倡议布罗德研究所(Broad Institute)的研究人员正在实验室里培养的数百种癌细胞,如血液细胞、免疫细胞、骨骼细胞、胰腺细胞和乳腺细胞,通过实验一个接一个地使每个基因失活。今年冬天,Broad将开始与ibm Watson Health合作,结合小分子药物(通常以药片形式服用的合成化合物),使癌细胞株的基因失活,以确定作为治疗方案的二级药物靶点。但在进化过程中,细胞如何运作并没有明确的模型,进化的机制将永无止境地发展下去。我们会在治疗方面做得更好,但可能永远无法治愈癌症。

然而,微软断然所述它将在剑桥大学微软和副教授的高级研究员中将“解决”癌症,后来向我追溯到一些铃声的声明,承认他们误导了。Fisher表示微软的工作涉及至少三种策略。在第一,科学家们创建了“节点”的网络,该网络表示细胞中每个基因表达的产物量和“边缘”,其表示任何两个基因之间的连接或相互作用。无论是开启还是OFF,简单地给出了0或1的二进制值。或者,可以将节点的值放在连续比例上。分析师然后“建立逻辑,拼出一套规则”,“费舍尔说。可以预测关闭计算机模型中的节点的组合以停止诸如癌症的增殖的过程。这些是基于计算机上的固定输入的网络模型。

在第二种方法中,分析细胞通过一系列状态向癌症的转变,或其获得对小分子药物的耐药性,并用于预测对任何转变都至关重要的一系列基因。微软和阿斯利康显示出白血病可能发展获得对特定药物(如PIM抑制剂)的耐药性,并通过这些方法确定了一个联合失活的二级靶点:AKT,这是一种构建一种称为激酶的蛋白质的基因,它向细胞传递信号,启动细胞增殖等过程。在第三个“混合”方法中,微软使用射线照片和x射线显示肿瘤进展时间和空间,模型如何改变基因可能预测固体肿瘤的形状和迁移”通知动态程序,捕捉逻辑,为什么肿瘤会扩大,”Fisher说。

C诸如此类的计算方法往往假设数据是完整的,细胞电路是在一个封闭系统中运行的,就像模拟计算机电路一样,而忽略了癌细胞可以通过无数种方式进化来利用生长优势。有问题的是,将癌症理解为一个三维问题的转变最近出现了,因为我们发现了分离基因的细胞壁社区,就会发生故障,导致相互作用生长信号和数百个启动细胞生长及其能量使用的基因之间的关系。癌细胞可以利用各种变形技巧转化为转移形式,转移到身体的其他部位,这些奇迹般的改变与遗传密码的改变没有任何关系。美国临床肿瘤学会(American Society of Clinical Oncology)发布了一份名为JCO的新杂志,部分目的是为了将癌症研究扩展到癌细胞“软件代码”的改变精密肿瘤学,这可能包括对比单个患者的遗传和表观遗传改变的研究,即所谓的N of 1研究。

但癌症的问题甚至可能超出癌细胞,其电路和变形技巧。癌细胞可以使临时使用环境提示。卡路里限制减少了细胞因子IL6可以阻断细胞凋亡解释了为什么阿司匹林可以降低癌症风险。

布雷维克告诉我,癌症的问题是生态的,超出了细胞回路。他说:“(系统性的方法)是癌症问题的解决方案吗?绝对没有。系统的方法是重要的,但我们需要考虑的是,癌症的系统远远超出了癌症细胞的生物化学。癌症与我们作为多细胞生物的基本结构、我们有限的寿命、老龄化人口的流行病学、社会经济学和社会的未来有关。那些认为可以通过杀死或重新编程癌细胞来解决癌症问题的人需要从分子技术上退一步,看一看更大的图景。”

Jim Kozubek是一位住在马萨诸塞州剑桥市的数据科学家,著有《现代普罗米修斯:用CRISPR-Cas9编辑人类基因组。

观看:Siddhartha Mukherjee论使用遗传学来预防疾病的道德,提高人体能力。

这篇文章最初发表于癌症的焦点2017年3月。

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