计数:NIST如何帮助战胜癌症

一点遗传学

从芦笋到人类,每一种生物都利用基因告诉细胞如何以及何时生长,复制甚至死亡。 为了创建新细胞,需要使用称为RNA的简单分子将DNA(组成基因的字母)形成单词,然后将其构建为称为蛋白质的更复杂的分子,然后继续进行构建不同类型新细胞的实际工作。 。 这个过程虽然很好,但并不完美,有时会出现拼写错误。 这些拼写错误会在复制过程中逐渐消失,并可能导致细胞异常起作用并不受控制地分裂,这种情况我们通常称为“癌症”。

尽管如此,要保持生命,我们需要细胞复制。 因此,我们使用放射线,化学疗法,外科手术或基因疗法等疗法杀死或去除流氓细胞-希望它们不会回来。 尽管没有人愿意听到他们的医生说“您需要进行结肠镜检查”,但使用低风险方法筛查癌细胞和癌前细胞是我们对抗这种侵略性疾病的最佳方法。 尽早发现并治疗,与未发现癌症相比,癌症的结局要好得多。

但是,结肠镜检查和巴氏涂片检查等方法仅对某些癌症有帮助。 科学家一直在寻找新的方法来检测其他敏感,准确,对患者几乎没有风险的癌症。 检测生物标志物,存在癌症或癌症发展条件的微妙生物学迹象,将是理想的跨领域解决方案。 问题在于识别正确的生物标记物,并尽早发现它们以使医生做某事。

长期以来,简单的DNA到RNA到蛋白质的遗传途径被认为是故事的结局。 但是,科学家开始意识到这并不是那么简单。 有些DNA不用于制造RNA,而某些RNA(如microRNA)则不用于蛋白质。 微小RNA是短分子,它们可以进入细胞外,并通过改变各种基因(包括错误拼写的致癌基因)的作用来调节其他生理功能。 这样做的能力使microRNA对癌症等疾病的研究如此重要。

研究microRNA的最大问题之一是它们很难测量。

我们必须使用测量基因的最佳技术来测量DNA。 这是因为首先发现了DNA,并且测量DNA的技术已经相当成熟。 RNA测量有点复杂。 DNA和RNA之间的差异使得它不能对一种方法使用与另一种方法相同的测量技术。 测量microRNA更加困难,部分原因是它是RNA的一种,部分原因是分子非常小-远小于我们目前开发的可检测技术的分子。 尽管有些公司已经开发出了针对微小分子(如microRNA)的解决方法,但他们确实需要NIST来帮助使这些测量更加准确。 NIST的先进测量功能,例如定量流式细胞术,数字PCR和下一代测序,有可能帮助这些公司更准确地测量microRNA,从而可以放心地将其用于临床。

我很高兴接受这一挑战。

巨蟹座:最坏的恶棍

在NIST以前的RNA测量基础上,我花了一年时间开发了一种计算细胞中microRNA拷贝数的方法。 这很重要,因为遗传物质的复制就像您在汽车中放的汽油一样:太少,您就不能开车,但太多,您就会使发动机泛滥。

尽管仅检测和计数microRNA的拷贝是非常困难的,但它也需要花费很长时间。 对于癌症,时间是您不希望浪费的一件事。 现在,我们需要在不同时间从另一位患者或同一位患者获得一个样本进行比较。 理想情况下,我们希望在常规的初级或急诊就诊期间获得准确的microRNA计数-类似于您通过获取被认为是高,低或正常的单个值来测量胆固醇的方法。 我们相信我们已经开发了这种方法,并希望不久后将其应用于临床。

我的microRNA测量方法论目前正在审查中,并将在领先的同行评审期刊上发表,它补充了NIST为支持癌症研究而开发的不断增长的测量研究,方法和标准。

但是我们并不是一个人做。

两年前,NIST与美国国家癌症研究所(NCI)联手开发标准,以确保癌症生物标志物的测量质量,作为NCI早期检测研究网络的一部分。 作为我们努力的一部分,NIST的团队发布了SRM 2373, HER2测量的基因组DNA标准。 HER2是在乳腺癌的发生,诊断和治疗中起关键作用的基因。

此外,我们目前正在制定标准,以提高癌症诊断许多其他领域的测量能力。 例如,最新的癌症诊断技术正在寻找血液中自由漂浮的癌症DNA。 在NIST,我们正在开发标准以改进这些测量,从而有望使测试更加准确和敏感。 这非常酷,特别是当您认为该技术将能够检测多种癌症时,它只需要简单的验血,至少对我来说,这听起来比结肠镜检查更舒适,侵入性更小。

我们正在进行的另一个项目是创建标准,以帮助测量基因拷贝数的变化。 正常细胞应具有每个基因的两个副本,一个来自您的母亲,一个来自您的父亲。 当我们没有一个基因的两个正常功能副本时,就会发生癌症。 基因拷贝变化可以在实体瘤,分离的细胞或循环的无细胞DNA中检测到。

通过与NCI和其他政府机构以及学术界和私营部门科学家的合作,我们与癌症相关的标准组合正在成倍增长,所有这些人都确实需要NIST在这些领域的测量专业知识。 毕竟,NIST的核心使命是发展最新的测量科学,并帮助行业解决其测量问题。

癌症测量保证的新领域

帕克博士可能在职业生涯的早期就认识到,科学家需要花更多的时间研究毁灭性且难以治疗的疾病,我们称癌症为癌症,但我怀疑他是否曾见过测量效率低下会如何阻碍其发展。 直到我加入NIST,我才意识到不精确测量对癌症诊断和治疗的巨大影响。 癌症生物学的学术研究计划很少开设有关计量学和测量不确定度的课程。 尽管所有生物学课程通常都要求学生参加统计学和数学课程,但课程中很少讨论如何验证或验证数据。 令我感到沮丧的是,我的职业生涯花了很长时间才听到行动号召,但似乎癌症生物学领域的其他研究人员,技术人员和临床医生最近也开始认识到测试标准的必要性。

癌症作为一种疾病可能永远不会被根除,但是,通过使用精确的基因组测量结果早期诊断癌症,并根据这些测量结果揭示的内容设计患者的治疗方法,可以将某些癌症控制到您余生无法检测到的水平。 令人鼓舞的是,该领域的发展方向。

还有希望

在NIST,我受到一个出色的团队的欢迎,该团队使用最新,最先进的技术来量化癌症生物标志物,并开发其他研究人员和临床医生可以用来准确诊断和治疗患者的资源。 我们在NIST所做的工作与众不同的不仅是我们改进测量的能力,还有量化这些测量准确性的能力。 这使我们的合作伙伴有信心,他们需要知道他们正在开发的治疗方法是否确实有效,而不会浪费时间研究那些无效的方法。

我们生活的时代是社会上的主要杀手,是所有种族,宗教,社会经济地位,性别和性取向之间的重要平衡者,而这种疾病很大程度上取决于寿命的延长。

我迫不及待地希望我们能够通过简单的验血检测出特定的癌症。 我正在努力的世界是一个关于癌症的对话,像这样:

“我有什么治疗选择?”您胆怯地问您的医生,以为情况最糟。

她随随便便地回答说:“我给您开了下个月要穿的贴片,然后我们会再进行一次血液检查。 这种事情不需要花费多长时间。 您几乎不会注意到差异。”