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从太空到乳房:NASA宣战乳腺癌

2017/05/06 来源:环球科学
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导读
经过几十年的努力,NASA喷气推进实验室(JPH,位于加利福尼亚州拉卡纳达)的科学家们已经成功地使宇宙飞船飞向太阳系深处。现在,他们正在探索另一个神秘的领域:人类的乳房。

撰文 | Usha Lee McFarling

翻译 | 张路安


围绕土星飞行的卡西尼号探测飞船 来源:NASA

经过几十年的努力,NASA喷气推进实验室(JPH,位于加利福尼亚州拉卡纳达)的科学家们已经成功地使宇宙飞船飞向太阳系深处。现在,他们正在探索另一个神秘的领域:人类的乳房。

当然,喷气推进实验室的主要任务是设计并制造出无人航天器,用于寻找火星上的水源,以及木星密集云层之下的卫星。但近年来,这些顶尖科学家已经意识到,JPL(喷气推进实验室)用于探索宇宙的强大技术也许能用来解决地球上严峻的医学问题。

Leon Alkalai(JPL的一位元老级专家,曾参与过多个太空任务,现在管理实验室的战略规划办公室)说:“这其实很简单。JPL掌握许多高科技,能够完成像登月、探寻木卫二上的生命迹象那样的任务。如果这些技术能促进医疗和健康事业发展,那么我们有责任将它公之于众。”

实验室的首例医疗突破是乳腺癌。


人类女性乳房构造 来源:fastbleep

长期从事乳腺癌研究的著名外科医生苏珊·勒夫博士(Susan Love)博士试图进一步了解乳房导管(皮肤下方用于将乳汁输送到乳头的微小通道)的微生物结构。她指出乳房是联邦资助的“人类微生物项目”中被忽略的器官之一。由于几乎所有的乳腺癌都源于导管,苏珊非常想要获得更精确的乳房导管图像,以确认导管中是否含有任何与乳腺癌相关的致病因子。

然而,苏珊的研究困难重重,她的团队发现了远比她们预期多得多的微生物。事实证明,用来对志愿者皮肤进行消毒的杀菌剂中充满了死亡的微生物,虽然不会对志愿者造成危险,但使分析研究变得异常困难。苏珊说:“很难分清楚哪些是真正的致病菌,哪些只是干扰因素。”

再把目光转回JPL实验室。

保护行星的技术助力乳腺癌微生物研究

JPL的科学家开发出了很多用于分析微小浓度微生物的技术。这些技术的灵敏度很高,毕竟它们是用来确保NASA的航天器携带尽可能少的来自于地球上的细菌,以免对遥远的行星造成污染。

巧合的是,Parag Vaishampayan(行星保护的科学家,伯克利大学博士后)曾进行过“如何通过母乳喂养将微生物传递给婴儿”的研究。虽然,许多生物学家长期以来都同意“乳房和管道是无菌的”假设,但Vaishampayan有不同的看法。他说:“当苏珊介绍她的工作时,我觉得这个想法太棒了!乳房里当然有微生物,我们可以一起进行分析研究。”

Vaishampayan表示,他非常高兴能够重回自己学术生涯的“根”。他说:“我来NASA的时候,从来没有想过我会从事微生物的工作。”


微生物群落 来源:国家地理

这个团队利用先进的测序技术分析了23名健康女性和25名乳腺癌患者的乳腺导管液中的微生物群落。他们认为,乳腺导管液中的确存在明显的微生物群落,而且健康女性和乳腺癌患者的微生物群落似乎有所不同。

这意味着什么呢?一种可能性是,只在健康女性身上的发现的微生物或许提供了某种保护作用。然而,也可能是辐射和化疗消除了乳腺癌患者体内原本存在的这种特定微生物。

无论哪种可能性才是正确的,苏珊与她的合作者——加州大学洛杉矶分校的Delphine Lee博士都认为这种差异非常有趣。目前他们正在计划一个更为庞大的后续研究,Vaishampayan将与他们继续合作。他认为这项研究具有临床潜力,而不仅仅是一个科幻目标。事实上,越来越多的证据表明,微生物群落的变化可能在乳腺癌的发展和传播中发挥作用。根据梅奥诊所的微生物研究人员尼克·奇亚(NickChia)的观点,“改变微生物群落”在将来可能成为一种治疗方案。

复杂地形的雷达测绘与乳房导管图像

在JPL的帮助下,苏珊更新了乳房导管系统的图像。在英国解剖学家阿斯特里·帕斯顿·库珀爵士(Sir Astley Paston Cooper)于1840年进行了一些基本的解剖研究工作后,这一领域很长时间内都没有新的进展。苏珊希望,在新的图像的指导下,外科医生可以进行更精确的乳腺癌手术。

现担任苏珊·勒夫研究基金会(加利福尼亚州恩西诺的一个非营利组织)首席执行官的苏珊说:“曾经我们对乳房导管的解剖结构一无所知,这就是研究没有取得进展的原因。”

勒夫基金会尝试过用常规的三维医学超声来捕获健康的哺乳期妇女的导管图像,然而,因为导管实在太难以追踪,她们并没有获得准确的图像。

“对复杂的外太空地形进行精准的雷达测绘”是行星科学家的天赋,这也是JPL在这个项目中发挥的作用。

苏珊觉得,人类乳房就如同火星表面一样充满未解之谜,所以与JPL合作就成了顺理成章的事情。她说:“这是一项真正的探索性研究,谁也不知道我们会发现什么。我们就像JPL所做的那样,去探寻前方未知的存在。“

苏珊将她和JPL的合作归功于Charlayne Fliege。Fliege是实验室的高级执行官,同时也是苏珊博士组建的由志愿参加乳腺癌研究健康的妇女组成的“女性军团”中的一员。Fliege回忆道,当时她正躺在一张桌子上进行某项刺激实验,苏珊谈到了对乳房作进一步研究的重要性。

“她对这项研究充满了热情,”Fliege回忆道,“我说,苏珊,你听起来就像是一个正在探索火星的科学家。我是认真的,你应该和JPL的科学家们谈谈。”苏珊这么做了。

在开始工作之前,Alkalai不得不说服他的上级让JPL至少投入少量资源用于研究地球上的医疗问题。“这并不是一件容易的事情,”他说,“JPL有非常多的项目。”

寻求真正的难题

然而,当Alkalai举行探索性会议时,他惊讶地发现,这个项目吸引到了60名JPL员工,他们当中很多人正在从事医疗项目的研究或相关志愿者工作。

受此鼓舞,Alkalai成立了医学工程论坛——由热衷于医疗项目研究工作的科学家和工程师组成的虚拟部门。在这个论坛中,外部研究人员可以讨论他们的研究进展,并且为JPL科学家提供少量种子资金来和他们合作。

目前论坛才初具雏形,不过JPL的科学家们已经开展了许多合作,包括与神经外科医师合作开发用于脊柱手术的灵敏度更高的材料。其他想法也被提上议程,比如:更好的成像技术会让外科手术更加精准。

Alkalai表示,JPL的技术毕竟包括“用精准的探测器来测绘星系图”,这项技术也可以用于进行癌症手术中的脑部成像。”

想要与JPL合作的外部专家可以提交“挑战问题”。但是Alkalai表示,这非常有挑战性。这个论坛旨在寻找与医学高度相关的问题,以及能充分利用JPL特有技术的研究协议。Alkalai说:“我们寻找的是真正的难题。”

这项新的举措也带来了一个意想不到的益处——它正在跨越JPL建立学术性社团。通常情况下,JPL的科学家们在这里举行讲座和座谈会。然而,当主题是“医疗”的时候,会议室中出现了许多新面孔,比如很少在科学会谈中出现的管理人员和秘书们。 Alkalai说:“因为癌症几乎覆盖了全人群,所以在讨论中,无论你是什么学位都可以表达自己的观点。”

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