参考消息网8月20日报道据美国《科学日报》网站7月27日报道，科学家开发了一种非凡的新方法来模拟细胞随时间变化的行为：使用类似于预测天气的数字“预报”。通过将患者基因组同开创性的简明“假定语法”相结合，研究人员能够模拟细胞在组织内的交流和演化。这些模拟使科学家能够在数字环境中测试癌症的发展、免疫系统的反应，甚至可以测试治疗方案在个体患者中可能产生的效果。

与预测风暴发展的天气预报模型类似，研究人员现已开发出一种方法，预测组织中随时间变化的细胞活动。新软件将基因组学技术同计算机建模相结合，预测细胞行为的改变，例如可能导致癌细胞增殖的细胞间通讯的变化等。

美国马里兰大学医学院基因组科学研究所的研究人员共同领导了这项研究，成果于7月25日发表在美国《细胞》双周刊网站上。这是多个实验室历经多年软件开发和实验/临床团队科学研究者相互合作的重要成果。这项研究最终可能催生通过创建患者“数字孪生体”来帮助确定癌症最佳治疗方案的计算机程序。

马里兰大学医学院基因组科学研究所博士后研究员、该研究第一共同作者珍妮特·约翰逊博士表示：“尽管标准生物医学研究在使用基因组学技术表征细胞生态系统方面取得了不可估量的进展，但结果仍然是时间上的单一快照，而非展示像癌症这样的疾病如何从细胞间通讯中产生。癌症受免疫系统控制和驱动，而免疫系统具有高度个体化特性，这种复杂性使得很难从人类癌症数据预测特定患者的情况。”

这项研究的独特之处在于使用简明的“假定语法”，将日常语言作为生物系统同计算模型之间的桥梁，模拟细胞在组织中的行为。

美国印第安纳大学智能系统工程学教授保罗·麦克林博士领导的团队开发了这种描述细胞行为的语法。该语法使科学家能用简单的英语句子构建多细胞生物系统的数字表征，并让团队能为癌症等复杂疾病开发计算模型。

基因组科学研究所科学家、马里兰大学医学院药理学与生理学助理教授、同约翰逊博士共同领导该研究的丹尼尔·伯格曼博士说：“这种新‘语法’不仅实现了生物学同代码之间的沟通，还促进了不同学科科学家之间的交流，使他们能在研究中利用这种建模范式。”

伯格曼博士及其在基因组科学研究所的同事随后将该语法同来自真实患者样本的基因组数据相结合，利用空间转录组学等技术对乳腺癌和胰腺癌进行研究。

在乳腺癌研究中，基因组科学研究所团队模拟了免疫系统无法抑制肿瘤细胞生长反而促进侵袭和癌症扩散的效应。随后他们调整这一计算建模框架，模拟了胰腺癌免疫疗法在真实世界的临床试验。

使用来自未经治疗的胰腺癌组织样本的基因组数据，该模型预测每位虚拟“患者”对免疫疗法治疗的不同反应，展示出细胞生态系统对精准肿瘤学的重要性。例如，胰腺癌难以治疗的部分原因是其周围通常包裹着被称为成纤维细胞的非癌性细胞形成的致密结构。研究团队使用新型空间基因组学技术进一步展示了成纤维细胞同肿瘤细胞的通讯方式。该程序使科学家能追踪来自真实患者组织的胰腺肿瘤生长和侵袭进程。

约翰逊博士说：“作为一名免疫学研究者，这些模型最令我兴奋的是它们可以通过实验室和人类基因组数据进行信息输入、初始化和构建。免疫细胞令人惊叹，它们遵循的行为规则可以被编程到这些模型中。例如，我们可以获取数据并将其视为人类免疫系统活动的快照，这个框架为我们提供了一个可以自由研究我们的假说随时间变化的沙盒环境，而无需额外成本或给患者带来风险。”（编译/林朝晖）