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"婚前協議"會有助於癌症研究的跨學科"聯姻"嗎?

http://finance.sina.com   2018年10月11日 18:38   北京新浪網

  來源:Nature自然科研

  爲了有效對抗癌症,科研及其之外領域的研究者必須通力合作。

  Daniel Stover曾在哈佛醫學院的一個細胞生物學實驗室做博士後,但是在研究一種乳腺癌的時候碰到了一個問題。他想搞明白腫瘤的不同部位的基因差異是否是導致癌症對化療產生抗性的原因。他要處理很多東西,比如幾百個腫瘤樣本的遺傳信息,但是卻不知道該從何入手。

插圖:Oli Winward插圖:Oli Winward

  如今,Stover已是俄亥俄州立大學綜合癌症中心的一名腫瘤學家,他說:“當時我已經生成了海量的測序數據,但是卻找不到人來分析它們。”最後在實驗室的一名生物信息學家的幫助下,他開始研究計算生物學,並且把它當作研究重點。他說:“我發現自己很喜歡和數據打交道。”

  他在博士後期間發表的所有論文都基於信息學,而去年9月他自己新成立的實驗室則主要關注臨牀計算腫瘤學。

  Stover的實驗室旨在填補計算機學家和臨牀醫生之間的空白。前者的工作是研發數據處理算法,後者的工作則側重於對病人的護理、治療和臨牀試驗。他說:“兩者之間存在空白區域,我們嘗試填補這個空白,把精妙的算法應用到臨牀環境中去。”

  Stover表示,從某種程度說,這兩個領域賦予了他新的技能——是他可以在和其他研究者合作的過程中加以運用的——他的職業生涯因此而發生了改變。

  癌症研究的跨學科特點越來越明顯。現在這個領域裏不僅有臨牀醫生和分子生物學家,還有計算生物學家、統計學家、納米技術專家和化學工程師,挑戰也接踵而至。不同學科的人有各自專屬的基本假設和術語,知識背景截然不同的人怎樣才能實現合作呢?

  Nancy Krunic是諾華未來精準醫學診斷組(Future Precision Medicine Diagnostics group)的負責人,她的團隊正在研發有助於癌症診斷的化驗方法、軟件和其他技術手段。“他們所需要的工具不是單單某一個人,某一個系所或某一個實驗室就能提供的,”她說,“你絕對需要不同背景的人和不同領域的專業知識。”

  Krunic表示,不管是大型藥企還是醫療器械公司(Krunic此前在多倫多的Luminex Molecular Diagnostics工作),如果想要通過一種在科學、臨牀和商業上都可行的方式來定義並解決問題,那麼他們就必須要組成跨學科的癌症研究隊伍。除了科學家和技術人員以外,還必須包括那些深諳營銷和監管之道的人。

  生物學之外

  目前,已有跨學科合作項目落地。比如,美國國家癌症研究所(NCI)就在2009年啓動了一個腫瘤物理學(Physical Sciences in Oncology)項目,將癌症生物學家與物理學家、數學家、化學家和工程師聯合起來。這些不同的學科各自用不同的方式研究癌症。

  化學工程師可以設計新型診斷技術,也可以研發某種納米粒子用以將藥物運輸到腫瘤,或者用作造影劑促進小型腫瘤成像。物理學家和生物工程師則可以研究機械力對腫瘤生長和腫瘤行爲的影響,數學家可以開發計算模型,用以解釋不同的癌細胞、血管、健康組織和藥物之間的複雜交互作用。

  比如,研究人員正在研究腫瘤環境的物理效應。腫瘤硬度的上升會如何影響腫瘤內細胞的形狀和行爲?當正在發生轉移的癌細胞通過變形擠入狹窄的空間時,壓力增強對癌細胞核有什麼影響?這個過程是否會引發破壞DNA的細胞程序?

  腫瘤物理學項目主任Nastaran Zahir表示,“我們不僅僅研究物理力,當然這是一個重要的研究方向。”其他項目還包括運用數學理論(如博弈論),而非標準的最大耐受量法來決定給藥策略,以便將耐藥性降至最低。

  Zahir擁有跨學科背景。她本科學的是核工程學,繼而研究了等離子物理,之後又研究放射生物學,並在一個癌症研究實驗室獲得了生物工程博士學位。她很明白跨學科研究的難點,“生物學有生物學的文化,物理學則有物理學的文化。在物理學領域,你追求的是某種終極真理,比如物理定律。但是生物學紛繁複雜,生物過程很難說是確切固定的。”比如,由於在新的壓力下生物過程會發生變化,因此很難找到描述靶細胞對某種癌症藥物的反應的定律。

  語言障礙

  爲了在不同學科之間架起溝通的橋樑,美國國家癌症研究所創立了團隊科學的科學(Science of Team Science)項目,行爲學家Kara Hall任項目主任,她說讓不同學科的人用對方能理解的方式交流非常重要,“這包括減少行話的使用,或者在交流的過程中採用一些方法來解釋行話。”

  用類比方式來解釋某個學科的關鍵概念常常是個不錯的選擇。科學家參與“團隊學習”很有益處。在團隊學習中,每個人的任務是找到某個話題的深度信息,然後向同事解釋這些信息。Hall表示,團隊還必須反思他們的運作效率,比如會議的頻率是否足夠高,會議是否提供了充實的信息。

  Hall認爲,在和別的領域的專家接觸時要保持開放的心態,保持“學術的虛心”很重要——所有的學科都有自己的長處和短處,要願意聽取其他領域的建議而不是固執己見。不過,找到適合發問的問題卻不是一件容易的事。Hall說:“如果身爲心理學家的我和一位遺傳學家合作,我可能不願意去問遺傳學導論課級別的問題,因爲那會讓我看上去像個智障。”

  和單打獨鬥的研究相比,團隊研究的其他挑戰還包括需要更多的事先規劃和管理時間。如果組員分散在不同的學校或機構裏的話,還需要更多的組會和更多的差旅。Hall說一些大學還沒有跟上跨學科研究的潮流。

  在涉及職位晉升和終身教職的評選時,評委會看重的是論文的第一作者和通訊作者。這意味着他們並不關注中間那些作者的貢獻。但是在團隊研究中,中間的那些作者可能對研究做出了至關重要的貢獻。儘管如此,Hall的項目調研發現,那些在跨學科團隊中工作過的研究新手認爲這些經驗讓他們在求職市場上更有競爭力。

  定義項目目標、規劃項目執行方式、預先想好化解衝突的方法,都是進行跨學科合作的重要構成部分。美國國家癌症研究所提供了一個在線資源庫——Team Science Toolkit,研究者可以通過它共享信息,發佈有關資助機會和職位空缺的消息。

  這個工具也可以用來規劃和支持Science of Team Science的年會——聚焦如何提高跨學科研究團隊的效率。下一次會議於今年5月21-24日在德克薩斯大學加爾維斯頓醫學分部召開。美國國立衛生研究院在會上提出一個科研版“婚前協議”,用以幫助科學家應對在合作過程中出現的問題(見“成功的法門”)。

  成功的法門

  爲了讓跨學科項目的研究者精誠合作,並預見到潛在的困難,美國國立衛生研究院的監察員辦公室出臺了一個被稱爲“婚前協議”的指導意見,列舉了研究者應該事先在哪些方面達成一致意見。下面就是一些應該在開始合作之前就明確的問題:

  項目的科研目標和預期成果是什麼?

  項目何時結束?

  由誰來撰寫報告?

  如果在項目進行過程中出現了扭轉研究方向的發現,你們該如何抉擇?

  由誰來負責招聘、解聘和監督?

  如何安排研究的署名和功勞分配?

  如果有新的合作項目或者子項目,你們會如何抉擇?

  如何處理項目產生的專利和知識產權?

  由誰來管理數據?

  如果某個合作者在項目進行期間換了工作,要怎麼處理?

  青年研究者Viktor Adalsteinsson目前是博德研究所癌症項目血液活檢團隊的負責人,他採用的正是跨學科研究方法。Adalsteinsson在2015年取得了化學工程博士學位,但是他從小就立志攻克癌症。

  他在科赫綜合癌症研究所做博士研究,MIT設立這個研究所的目的正是爲了聯合生物學家和工程師。他參與開發了一個能夠從血液樣本中分離循環腫瘤細胞並進行測序的系統,並利用自己的化學工程背景來處理流體力學以及細胞所能承受的剪應力問題。

  現在在自己的實驗室裏,他正在嘗試從血液中捕捉無細胞的腫瘤DNA,以進行測序,服務於精準醫療。這個方法可以減少侵入性活檢的需求。

  Adalsteinsson和同事保持溝通的方式就是頻繁的會議和討論組。在這些場合不同的專家會討論他們的研究進展。他認爲,有來自不同領域的同事從自己的學科角度來解釋問題,或者告訴他哪些論文很重要,這對自己很有幫助,“你不可能成爲每個領域的專家,知道何時放手讓別人來接手是很重要的事。”

  羣策羣力

  有時候,問題的關鍵在於要知道什麼訊息不該參考。波士頓丹娜-法伯癌症研究所的醫生、腫瘤學家Heather Parsons的研究課題是乳腺癌及其生物標誌物。她認爲 “篩選消息的能力很重要”。她也強調了通過大學和工作構築專家人脈網的重要性,因爲你可以和他們探討問題。

  Parsons和Stover以及 Adalsteinsson在液體活檢項目上合作。“很高興可以成爲這樣一支團隊的一份子,”她說,“但是它要求你不能以自我爲中心,並且在遇到不懂的問題時說出來。”

  在斯坦福大學醫學院,Guillem Pratx讓他的腫瘤物理學實驗室成員去參加期刊俱樂部(Journal Club)。他們每次用一個小時左右的時間討論某篇具體的期刊論文,讓來自不同學科的人能夠了解該論文的重要性。爲了開拓眼界,他還要求實驗室成員參加本學科以外的會議。

  他說,在有了足夠多的接觸後,大家就會熟悉其他領域的術語和概念。“我注意到,我參加的討論越多,我懂得就越多,”Pratx說,“這就像學習一種新的語言。”

  Pratx在本科和碩士研究生階段學的是電氣工程。博士期間,他在一個放射學實驗室工作,他採用計算機遊戲中的圖形技術來改善醫學圖像的處理。他的博士後研究方向是放射腫瘤學,他認爲利用博士後這段時間來了解自己專業之外的領域會讓其受益匪淺。

  當然,他也承認,要讓一個和自己本身專業差得十萬八千里的實驗室招收你,不是一件容易的事。但是如果你們的領域有相關性,那這樣的經歷就能豐富你的專業知識。

  Pratx的實驗室裏有來自物理學、工程學、化學和生物學領域的科學家,他們的工作是研發癌症成像用的儀器、探針和算法。治療用的輻射照射到組織上會產生難以覺察的冷光,他的團隊正在研究如何利用這種冷光對看不見的輻射進行校準。他說,這類跨學科團隊面臨的一大挑戰在於如何向其他成員解釋自己的研究方法。

  生物學家常常無法理解的是,對於在癌症研究中產生的巨量數據集,數學模型能回答什麼樣的問題。這些數據不僅包括基因組序列和蛋白質組序列,還包括成像結果和醫療記錄中的環境信息。Pratx表示,在團隊裏,需要有人懂得什麼樣的統計方法適合什麼樣的數據;統計結果能揭示什麼,不能揭示什麼。

  另一方面,他認爲工程師可能花了太多精力去研究創新技術,有時反倒忽略了對現有技術的應用。他認爲從數據中提取出新的觀點還不夠,它們還必須具有生物學意義。

  Pratx發現的另一個問題正是Stover所經歷過的。雖然數據的增長推動了癌症研究領域對於計算機專家的需求,但是其他領域對計算機人才的需求也很強勁。

  牽線搭橋

  希望和別人建立合作關係的青年研究者需要多和其他領域的人來往。其中一個最直接的方式就是參加相關領域的會議。不過,分子生物學家、納米技術在藥物遞送中的應用專家Jennifer Podesta認爲,只是人到會議現場是不夠的。

  她說,“要事先做點功課,要考慮好‘我要去見誰,我要得到什麼’這些問題。許多人以爲在會議上只要露個臉就可以了,他們可能只是縮在角落裏,結果回來的時候抱怨沒碰到什麼合作者。”

  Podesta是英國帝國理工學院英國癌症研究院的負責人。她建議先想好你想和哪一類的科學家合作,然後去找你所在大學的相應專業的系主任,看一看他們會推薦誰。管理科研基金的人通常也瞭解不同領域的專家,他們一般也願意幫你們牽線。

  爲跨學科項目找資助是一件很困難的事,特別是對於那些還沒有建立學術聲譽的人而言。因此,Podesta建議先在內部尋找小額資助,以便和新合作者做一些試驗項目。通過這種方式,證明你們的團隊能夠合作產生有意義的研究成果,從而吸引研究資助機構的注意力。NCI的腫瘤物理學項目就爲試驗項目提供專門的資助。

  要在癌症研究如此活躍的領域裏跟上潮流十分不易。Adalsteinsson 說,“我們手頭有那麼多信息,每天有那麼多新發現。”Pratx認爲,處理這些信息的關鍵就在於不要試圖讓自己成爲全能人才,而許多科學家就抱有這種通才的觀念。他表示:“‘我不一定要成爲計算機建模專家,我可以和這樣的專家合作’,這種意識非常重要。”

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