如果你屬于潛在患癌人群，你的身體會(huì)在醫(yī)生診斷出癌癥前發(fā)出警告信號(hào)。如果能盡早檢測(cè)出潛藏在細(xì)胞和血液中的癌癥微信號(hào)，你的生存幾率會(huì)大大提高。

問題是早期癌癥的變異信號(hào)相當(dāng)復(fù)雜，而且通常很細(xì)微，甚至變異剛處于分子水平，因而，檢測(cè)起來比較困難。

不過，美國(guó)加州理工學(xué)院（California Institute of Technology）的物理化學(xué)家詹姆斯·希斯（James Heath）認(rèn)為，納米技術(shù)最終能提供解開癌癥分子謎團(tuán)的方法。

他斷言，超微硅線組（每根硅線都能用來檢測(cè)一種與癌癥相關(guān)的特異蛋白質(zhì)）能檢測(cè)到我們體內(nèi)化學(xué)反應(yīng)中的最微弱變化。希斯及其加州理工學(xué)院的同事正在研發(fā)的納米傳感器，將能同時(shí)在一滴血中，搜尋幾百甚至數(shù)千種不同的生物分子。

如果這些納米傳感器研發(fā)成功了，它們能成為檢測(cè)癌癥的基礎(chǔ)設(shè)備，其不僅能使檢測(cè)結(jié)果更準(zhǔn)確，而且會(huì)比現(xiàn)在的檢測(cè)方法更便宜、更方便（因?yàn)榧{米檢測(cè)不涉及組織采樣和實(shí)驗(yàn)室分析）。

當(dāng)然，這還不能說明什么。

大多數(shù)篩查癌癥的方法依然很初級(jí)，其常常通過簡(jiǎn)單的體檢或X射線來尋找腫瘤生長(zhǎng)的證據(jù)。少數(shù)癌癥檢測(cè)則采用血檢的方法，例如前列腺癌和卵巢癌，但其表現(xiàn)令人失望：不僅效率低、費(fèi)用高，而且檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確率低。

例如，要想確診前列腺癌，醫(yī)生要在血液中尋找名為前列腺特異性抗原（PSA）的蛋白質(zhì)。然而，那些因血液中PSA含量高而接受令人神經(jīng)高度緊張的活檢的人中，僅有25%至30%的人確實(shí)患有前列腺癌。

希斯指出，“前列腺中始終有前列腺特異性抗原蛋白質(zhì)，總是會(huì)有少量滲入血液。前列腺在受到某種創(chuàng)傷時(shí)——有可能是癌癥，也可能是其他疾病——前列腺特異性抗原蛋白質(zhì)的滲入量會(huì)加大。但是對(duì)早期前列腺癌而言，這是非常微弱的標(biāo)志，因?yàn)樵冢ㄇ傲邢侔┰缙陔A段，癌癥對(duì)前列腺的損傷的確不大。”

更準(zhǔn)確的癌癥檢測(cè)能更好的反映出生物分子活動(dòng)的復(fù)雜性。希斯期望設(shè)計(jì)出的設(shè)備，不僅能即時(shí)對(duì)一滴血或特定組織中的少量細(xì)胞進(jìn)行綜合測(cè)定，而且能夠檢測(cè)出極微量的生物分子。他解釋說，“我們正在開發(fā)基于指血檢查的測(cè)試，也希望這種測(cè)試最終能類似糖尿病檢測(cè)。現(xiàn)在，糖尿病患者能夠監(jiān)測(cè)自己的血糖水平，而且由于他們定期做檢測(cè)，因而控制了糖尿病的發(fā)展。我們想為癌癥患者開發(fā)出可行的類似檢測(cè)方案。”

癌癥研究似乎不是詹姆斯？希斯的終結(jié)職位。20世紀(jì)80年代初期，希斯還在休斯頓萊斯大學(xué)（Rice University）讀研究生時(shí)，就開始研究微塊狀材料的性能。1985年，他所在的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了足球形的碳分子C60。11年后，這一發(fā)現(xiàn)幫助理查德·斯莫利（Richard Smalley，希斯的教授）贏得了諾貝爾獎(jiǎng)，并激發(fā)了人們?nèi)缃駥?duì)納米技術(shù)的興趣。后來，希斯將注意力轉(zhuǎn)向微電子工業(yè)使用的半導(dǎo)體（例如硅），尋找將它們?cè)O(shè)計(jì)為更小器件的方法。最近，他與加州大學(xué)圣巴巴拉分校的合作者設(shè)計(jì)出一種方法，其能制造出僅幾納米寬的硅線，比今天最小型的集成電路約小10倍。

這一進(jìn)展成為電子產(chǎn)品持續(xù)小型化的里程碑。希斯還說，“我們希望隨著這一難題的解決，其他機(jī)遇能自己浮出水面?！笔聦?shí)的確如此：希斯意識(shí)到，這些納米線也能充當(dāng)超靈敏生物傳感器。

然而，他也意識(shí)到把納米線整合到有效的診斷工具中并非易事。隨著不同基因的開關(guān)，生物分子濃度的劇烈波動(dòng)能反映出一個(gè)人健康狀況的變化。不過，在過去幾年里，遺傳學(xué)家和分子生物學(xué)家逐漸認(rèn)識(shí)到，基因通常不會(huì)獨(dú)立行動(dòng)，它們傾向于成群結(jié)隊(duì)或者組合成基因網(wǎng)絡(luò)運(yùn)轉(zhuǎn)，而且可以調(diào)節(jié)彼此的表達(dá)方式。因此，弄清楚疾病分子的“指紋”需要系統(tǒng)了解基因與蛋白質(zhì)的合作方式。

這正是希斯的合作者——西雅圖系統(tǒng)生物研究所（Institute for Systems Biology）的創(chuàng)始人勒羅伊·胡德（Leroy Hood）要完成的工作。

系統(tǒng)生物學(xué)家觀察細(xì)胞的方式就如同電子工程師查看復(fù)雜的電路：高度互聯(lián)系統(tǒng)的組件彼此互相控制開關(guān)，轉(zhuǎn)播信號(hào)。希斯的傳感器或許能提供數(shù)千條線索表明一個(gè)人處于健康狀態(tài)，但是胡德的系統(tǒng)生物法需要將所有的信息組合起來形成連貫的圖示。

例如，胡德及其團(tuán)隊(duì)已經(jīng)觀察到在受前列腺癌影響的細(xì)胞和組織中，基因在制造蛋白質(zhì)的過程中是如何表達(dá)的。胡德說，“我們的觀點(diǎn)是：正常細(xì)胞和病變細(xì)胞的區(qū)別是疾病細(xì)胞中的蛋白質(zhì)和基因調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)受到擾亂，其表現(xiàn)為受基因網(wǎng)絡(luò)控制的蛋白質(zhì)表達(dá)模式發(fā)生改變。一小部分受擾亂的蛋白質(zhì)會(huì)設(shè)法進(jìn)入血液構(gòu)成分子指紋，我們不僅能通過分子指紋診斷是否患病，還能診斷患的是什么病以及特定疾病的哪種類型（例如，前列腺癌至少有3種不同類型）

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“我們已經(jīng)識(shí)別出前列腺中異常表達(dá)的癌癥標(biāo)志基因有300種，”胡德說，“我們預(yù)計(jì)其中約62種可能被分泌到血液中。我們制造出針對(duì)某種癌癥標(biāo)志基因的抗體，然后在這個(gè)（癌癥標(biāo)志基因）上面做試驗(yàn)，并證明它只出現(xiàn)在前列腺癌患者的血液中?！焙碌膱F(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正在測(cè)試另外5種前列腺腫瘤分泌的蛋白質(zhì)。該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了診斷卵巢癌的類似基因序列。

檢測(cè)這種蛋白質(zhì)的納米傳感器到底是什么樣？

為了將一根納米線轉(zhuǎn)變?yōu)榫w管，研究人員用金屬線將納米線的兩端連接起來，使電流能夠通過。接著，他們?cè)诩{米線附近安裝一個(gè)電極，將其充電以改變納米線的導(dǎo)電性，實(shí)現(xiàn)“打開”或者“關(guān)閉”，這是任何電子工程師都熟悉的東西。

之后，希斯把他的納米線晶體管變換為微型生物傳感器，也即是說，一根納米線對(duì)應(yīng)一種特定蛋白質(zhì)的傳感器。研究人員將納米線的表面覆上一層抗體，再粘附于靶向蛋白而不是其他蛋白質(zhì)分子上。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)與抗體粘合后，就與在納米線表層移動(dòng)的電子相互作用，改變其導(dǎo)電性。如果納米線只有幾納米粗，其總體導(dǎo)電率就會(huì)有明顯且可測(cè)量的重大改變。

希斯說，“如果納米線能做到足夠小，我們可以在上面放置分子而不是加電壓，屆時(shí)化學(xué)變化就是導(dǎo)致晶體管開關(guān)的信號(hào)?！?/p>

納米線的小尺寸也使得這些器件非常敏感?；旧希a(chǎn)生讀數(shù)所需的分子數(shù)將取決于它們附著于傳感器表面的密集程度，但它也可能檢測(cè)到單個(gè)分子。希斯表示，雖然他的團(tuán)隊(duì)研究的傳感器尚未達(dá)到這一水平的敏感度，但是已經(jīng)能成功地檢測(cè)到幾個(gè)分子。與此同時(shí)，哈佛大學(xué)的查爾斯？利伯（Charles Lieber）已經(jīng)演示了能夠檢測(cè)到單個(gè)病毒粒子的納米傳感器。

然而，希斯依賴的能輕松檢測(cè)早期疾病的傳感器并不局限于高度敏感性。他說，“我們可以在非常小的區(qū)域內(nèi)制造數(shù)千個(gè)這樣的傳感器?！边@意味著納米傳感器有能力篩查單個(gè)細(xì)胞的多種分子成分。希斯正與斯坦福大學(xué)微流體專家史蒂芬·奎克（Stephen Quake）合作研發(fā)篩查單個(gè)細(xì)胞的技術(shù)，其原理是：?jiǎn)蝹€(gè)細(xì)胞隨液體經(jīng)過微通道流至一個(gè)納米傳感器陣列上，通過裝配于納米傳感器陣列上的芯片，研究人員可以每次只研究一個(gè)細(xì)胞。

最終，所有技術(shù)都必需整合進(jìn)一個(gè)可以用于臨床的器件中，這意味著要解決更多的技術(shù)和實(shí)際性問題。2003年，為確保這種新工具能夠反映癌癥生物學(xué)和免疫學(xué)中的最新進(jìn)展，加州理工學(xué)院系統(tǒng)生物研究所（the Institute for Systems Biology）和加州大學(xué)洛杉磯分校共同建立了納米系統(tǒng)生物聯(lián)盟（NanoSystems Biology Alliance）?？吮硎?，癌癥和其他疾病的診斷將“僅依靠幾個(gè)細(xì)胞或它們的分子成分，在幾秒鐘或者數(shù)分鐘之內(nèi)自動(dòng)完成。”他預(yù)言，“這將在10年內(nèi)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)?！?lt;/