九大新兴技术引领2006年(2)

　　很早以前医学研究人员就知道疾病能导致人体细胞发生物理变化，而细胞的物理变化又可以反过来导致疾病。观察到皮克牛顿（牛顿的万亿分之一）大小的力对细胞的影响可以让研究人员能够更好地观察病患细胞与健康细胞的不同。

　　苏尔什花费了大量工作时间制作纳米刻度的度量工具，自2003年以来，苏尔什的实验室将越来越多的时间致力于将纳米测量技术运用于活细胞上。

　　苏尔什最近的一项研究是测量健康血红细胞与被疟疾寄生虫感染的细胞在力学上的不同。苏尔什的结果表明：被感染的血细胞变得更加坚硬，失去了宽度从8微米缩减到2或3微米的能力，因而导致其不能通过毛细血管。另外，被感染的细胞还能堵塞毛细血管从而导致脑出血。当利用光学镊（一种高度聚焦的激光）对连接在细胞上的物体施加压力时，他们发现被疟疾感染的血细胞比健康的细胞要坚硬10倍。

　　纳米生物力学还处于孩提阶段，苏尔什不认为对人体细胞的力学研究目前能够使治疗更加有效，但令这一领域的其他科学家们欣喜的是他们已经能够以史无前例的准确度来测量细胞的特征。

　　“我们知道力学在疾病中有发挥作用的余地。”苏尔什说：“我们希望它将能够被应用于治疗。”如果真是如此，纳米测量的微小领域将对未来的医学产生深远的影响。

　　一种新的能够了解精神分裂症的脑部成像技术。

　　扩散张量成像技术

　　埋头于一大堆脑部扫描相片之中时，神经科专门医师或精神病学家们很难分辨出哪张是属于精神分裂症患者的。尽管精神分裂症患者在精神方面存在严重的问题，但他们的大脑与正常人的大脑依旧基本相同。在20世纪90年代初，美国明尼苏达州医科大学的神经系统科学家与精神病学家凯尔文·林开始运用MRI脑部成像技术研究患有精神分裂症的大脑，这个工作让他着了迷。林发现存在细微的线索可判断出脑部结构出了问题，但要理解这些问题是如何导致精神分裂症的奇怪症状，他仍需要更进一步的观察病人的神经解剖图，而这远非标准的扫描仪所能办到的。在1996年，他从一个同事那里获知，扩散张量成像技术（DTI），一种新发明的MRI的变体扫描仪，可以让科学家们首次研究不同脑部区域的联系。

　　在DTI的帮助下，研究人员首次可以观察连接不同脑区的复杂神经元。在DTI里面，放射线学家利用特殊的无线频率与梯度扫描磁场脉冲来跟踪大脑内水分子的运动。在许多大脑组织中，水分子在各个方向上扩散，但它们都倾向沿神经轴突扩散，这些轴突被覆白色脂肪状的髓磷脂，将水分子保存在里面。科学家可通过分析水分子扩散方向来绘制出轴突的图片。

　　林将这一技术进一步推广，并将之与其他领域的发现相结合，例如，遗传学，以揭示出神经系统紊乱的谜题。他与其他的科学家也在进一步改进DTI，以使之可以更细致地观察大脑的微观结构。

　　通过测量细胞DNA细微变化可以较早发现癌症。

　　表观遗传学

　　仅仅知道人类基因图谱还远远不能解释基因的作用机制，科学家还需要确定体内超过20000个基因在特定时间里哪些是活跃的。化学修饰可以改变蛋白质制造过程、关闭基因或者使染色体不能展开，这些化学作用机理就构成了表观遗传学。

　　在过去的5年间，研究人员发明了第一个识别表观遗传学交互作用的实用工具，德国生物化学家亚历山大·奥莱克就是这个领域的一个开拓者。1998年，奥莱克在柏林创建了埃皮基诺米克斯公司，以研究一种快速灵敏的方法来测试基因甲基化———一种由癌症所导致的DNA修饰。这种方法不仅可以诊断病人是否患有癌症，而且还可以诊断癌症的严重程度以及对某一特定治疗方案的反应。

　　甲基化过程使胞嘧啶增加了4个原子，一般情况下机体运用甲基化控制基因的开启与关闭，多余的原子能够阻塞转录基因的蛋白质。但当机体出现某种错误时，甲基化会压抑控制细胞正常生长的基因而使细胞的生长不受控制导致细胞癌化，基因自然甲基化的消失也将使一种在特殊组织中处于“关闭”状态的基因变得格外的活跃，从而导致癌细胞的滋生。

　　在自然状态下甲基化基因很难被识别出来，而奥莱克称自己已经研制出一种方法，可以探知只有3皮克的甲基化DNA，也就是说就算组织样本里只有3个癌细胞，也能发现它们。

　　为了研究出用于相关癌症的实用诊断测试，埃皮基诺米克斯公司比较了上千种癌变细胞与健康细胞的基因，以鉴别与病症相关的一个或多个基因的甲基化变化，最终使测试仅检查相关基因的甲基化状态。

　　奥莱克相信表观遗传学也将有助于解释人的生活方式是如何影响人的衰老过程的。比如，它可能揭示出为何有些人更易于患上糖尿病或心脏病。他的目标是绘制出一幅人类表观基因图谱以全面识别人类基因中可能发生的表观基因的变化。

　　一种更符合伦理道德的干细胞来源，彻底解决干细胞的争论。

　　细胞核重组

　　在现代科学研究中，没有什么比干细胞研究的争议更大了。美国俄勒冈波特兰医科大学干细胞研究中心的科学家马科斯·格朗普正在试图找到一条绕开争议的路：制造出拥有胚胎干细胞所有特征的克隆细胞———但并非来自胚胎。一般情况下，科学家们将一个成年体细胞的基因移植到去核卵细胞中，通过卵细胞的蛋白质重组体细胞的DNA，创造出与其成年体细胞相同基因的胚胎。格朗普认为通过迫使捐献细胞产生一种叫做nanog的蛋白质，这是一种胚胎干细胞中常见的蛋白质，就可以通过改变重组过程使之不成为胚胎，相反，它将产生一种具有许多胚胎干细胞特征的细胞。

　　格朗普的工作是寻找到一些可供选择的方法创造出具有胚胎干细胞多种特征的细胞。与此同时，研究人员也在尝试各种在不伤害胚胎存活的前提下提取干细胞的方法。   (责任编辑：泉水)

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