Cancer Innovation ▏细胞生物学和肿瘤学中的介科学研究
查看病例
英文题目：
Mesoscience in cell biology and cancer research
中文题目：
摘要
介尺度特征及其跨维度关系将是当代跨学科研究的重点。介科学是一门有望彻底更新现有知识结构的学科。它的研究范围不同于传统的单位尺度和系统尺度的研究模型，而是揭示了一个以前未被挖掘的科学研究领域。整合生物学旨在通过进行综合研究和整合生物体的各个水平的数据来理解生命系统的复杂问题。然而，不同研究维度之间的介尺度联系曾经被忽视，并且仍然具有挑战性。生物学的介尺度研究需要整合其他学科（数学、物理、化学、工程学等）的研究理论和方法，通过实验、计算和建模来研究生物学过程的理论和前沿问题。本文综述了生物学中的介尺度问题（特别是肿瘤学研究）的研究范式和方法，并展望了介科学在生物学研究中的潜在维度和面临的挑战。最后，本文提出需建立一个互动和协作的理论平台，以进一步扩大我们对生物学本质的深度和广度的理解。
精华内容
介尺度传统上被称为单位尺度和系统尺度之间的尺度范围。该术语在气象学中的使用最早出现在1959年（Fujita， T. （1959） J. Meteorol. 16：454-66）。介尺度的研究需要整合多层次、多维度的信息，它将发现已知维度之间的未知规律。因此，从介尺度方面研究物体的特征也被称为介科学，这是一种具有跨学科普适性的科学视角，用于建立宏观尺度和微观尺度之间的内在联系。介尺度驱动的对每两个尺度单位之间内在关系的探索将成为未来知识体系的独特图谱。
生命科学整合数学、物理和化学等多学科信息，从宏观层面到微观层面探索生命现象背后的机制。细胞是生命的基本单位，由蛋白质、核酸、脂质等生物大分子组成，其中由大量分子之间的动态相互作用组成的介尺度模块同样重要。在生物体中，细胞构成组织或器官，这些组织或器官进一步组织成各种生命系统以执行个体的生命活动。虽然多层次的研究为生命研究提供了更加多样化的理论和视角，但也提出了不同学科的各种生物学水平或边界尺度之间难以捉摸的科学问题。由于生物单元的动态性质和各单元之间尚未揭示规律的科学空间，很难从单个生物单元的角度描述和预测母单元或整体单元的性质。如何打破惯性思维和知识，整合单元规模并真正实现学科的融合显得尤为重要。
生物学过程由大量复杂、多维、多尺度的系统事件组成，这些事件遵循具有稳定终点的特定生物规律。使用物理和数学方法，可以在分层组织框架中描述生物过程，以实现过程的虚拟工程化。从气固流化中抽象出来的介尺度模型“能量最小多尺度”（EMMS模型）提出了具有生物适用性的“竞争中协调”原理。在生态系统中，功能性生物单元的机制在竞争中协调和妥协，形成由多尺度动态结构组成的生物系统。对于肿瘤研究来讲，肿瘤进展的每个阶段都是肿瘤细胞与正常细胞间相互竞争、最终归于统一以达到新的稳定阶段的过程。
生物学研究的重要目标之一是探索和揭示从基因型到表型的所有生物学步骤，并尽可能揭示内在机制。目前，介尺度生物学研究似乎在弥合知识“黑洞”方面发挥着不可替代的作用。近年来，全面的介尺度生物学研究才刚刚起步，对研究人员也提出了更高的要求。只有构建更加完善的研究平台和高效的研究模式，最大限度地实现科研成果的交叉融合和功能共享，才能期待具有科学前瞻性的进步，为推动科研创新转化奠定坚实的基础。
最后编辑于 2023-03-20 · 浏览 270
