西北大学两教授荣获Pew学者称号：癌症与神经科学研究的突破

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2024年，西北大学（2024USNews美国大学排名：9）的两位教授Yogesh Goyal和Ann Kennedy因其在各自领域的杰出研究，被Pew慈善信托基金会评为Pew学者。Yogesh Goyal是细胞与发育生物学助理教授，因其在癌症研究方面的贡献，被授予Pew-Stewart癌症研究学者称号。Ann Kennedy是神经科学助理教授，因其在神经机制研究方面的成就，被授予生物医学科学Pew学者称号。本文将深入探讨这两位教授的研究工作及其对科学界的影响，同时探讨Pew慈善信托基金会在支持科学研究方面的角色，以及Pew奖项对研究人员职业发展的影响。

Yogesh Goyal的癌细胞可塑性和药物抗性研究

癌症治疗的复杂性和挑战性在于癌细胞的高度可塑性和对药物的抗性。Yogesh Goyal教授的研究正是针对这一难题展开的。他的研究结合了理论、计算和单细胞实验，旨在追踪和控制癌细胞的可塑性和命运选择。Goyal开发了一种名为FateMap的工具，用于识别药物抗性的早期预测因子，并开发新的计算方法来预测哪些细胞会引发治疗抗性。

Goyal的实验室成立于2022年，隶属于西北大学的细胞与发育生物学系和合成生物学中心。他利用合成生物学开发独特的工具和技术，以超越细胞的自然能力进行操作，标志着从传统分子和细胞生物学方法的重大转变。Goyal的实验室研究单细胞在发育和疾病中的变异性，特别是在癌症研究中，这种方法尤为重要，因为肿瘤通常起源于单个有问题的细胞。

癌症治疗在过去20年中显著改善，但并非所有类型的癌症都能得到有效治愈。许多患者最初对治疗反应良好，但几个月后癌症复发，通常更具侵略性且对先前有效的治疗产生耐药性。Goyal开发了一种名为FateMap的工具来研究这些耐药细胞，每个细胞都被标记上独特的条形码，类似于超市中的产品条形码。FateMap使他的团队能够追踪哪些细胞在药物治疗中存活，并分析这些细胞的特性。

Goyal的研究挑战了癌症研究中对突变的传统关注。他的研究表明，突变并不是耐药性产生的必要条件。不同类型的细胞可以具有相同的基因组，但表现出非常不同的行为。Goyal认为，这一观察结果是真正的范式转变。癌细胞的可塑性概念——癌细胞可以在没有突变的情况下转变为各种状态——提供了设计方法来影响这些状态的机会。

Goyal相信，他团队的理论在临床试验中的应用不会太遥远，因为全球各地的各种癌症中都报告了类似的行为，得益于合成生物学技术的进步，如细胞条形码。在一个平行项目中，Goyal还探索了从干细胞创建合成人类胚胎，以研究早期发育过程和细胞水平的决策。这种方法可以在体外环境中提供对早期发育障碍和耐药性的理解。

Goyal有意培养一个多样化、跨学科的实验室环境，鼓励开放、不断学习和好奇心。他还认为，艺术与科学的交叉可以鼓励研究人员在生物学的复杂性中接受不确定性，而不是专注于找到某个问题的单一答案。

Ann Kennedy的行为控制神经机制研究

Ann Kennedy教授的研究则聚焦于神经机制如何控制行为。她利用动态系统、统计建模和机器学习工具，揭示动物行为的结构和灵活适应行为控制的神经机制。她的最新研究发现了神经元多样性如何影响大脑的信息处理，并研究了下丘脑神经元活动水平波动如何决定同种个体间的攻击行为。

大脑是一个复杂的系统，其行为难以预测，因为它受到各部分相互作用的影响。研究人员认为，许多大脑功能和失调都反映了复杂系统的特性，例如癫痫发作。尽管在计算机模拟中制造癫痫发作很容易，但创建一个不发作的大脑模型却极其困难。大脑的平衡状态被认为是奇迹般的，因为它依赖于许多放大反馈回路，这些回路提供了许多干扰途径。混沌系统，如天气，受蝴蝶效应影响，即微小的扰动可能导致系统失衡。大脑是否也是混沌的，如果是，那么通过药物或脑刺激等干预手段恢复其健康状态是否有希望？

Kennedy的研究表明，大脑的复杂性和自我调节机制使其与天气不同，可能更容易控制。她提出了几种可能的控制方法，包括通过模型预测的信号注入和吸引子状态的扰动。然而，这需要非常精确的大脑模型和控制技术。尽管大脑的混沌特性可能使其难以控制，但其内部机制可能有助于恢复正常功能。

Kennedy的研究不仅揭示了神经元多样性如何影响大脑的信息处理，还探讨了下丘脑神经元活动水平波动如何决定同种个体间的攻击行为。这些发现为理解大脑如何控制行为提供了新的视角，并可能为治疗行为失调提供新的方法。

Pew慈善信托基金会在支持科学研究方面的角色

Pew慈善信托基金会在支持科学研究方面扮演着重要角色。该基金会通过Pew学者计划，为早期职业研究人员提供资助，支持他们在推进人类健康方面的杰出科学研究。2024年，索尔克生物研究所助理教授杰西·迪克森被授予Pew生物医学学者称号。该荣誉为早期职业研究人员提供资助，支持他们在推进人类健康方面的杰出科学研究。迪克森和其他21位获奖者将各自获得30万美元的资助，用于支持他们的研究。

迪克森的研究利用分子和计算方法探索基因组的组织方式及其异常折叠如何导致疾病。他的团队最近开发了一种同时研究两种基因调控水平的技术，有助于阐明基因变异如何导致人类疾病。迪克森还获得了多个奖项，包括2016年的美国国立卫生研究院早期独立奖、2023年的丽塔·艾伦基金会奖学者称号，并在2022年和2023年被科睿唯安评为全球高被引研究者。

Pew奖项对研究人员职业发展的影响

Pew奖项对研究人员的职业发展有着深远的影响。Allison Lopatkin被评为2024年Pew生物医学科学学者。Lopatkin是罗切斯特大学化学工程、生物医学工程以及微生物学和免疫学的助理教授，她是全国22位被选中加入Pew生物医学科学学者计划的早期职业科学家之一。该计划为早期职业科学家提供四年的资金，以探索人类健康和医学领域的一些最紧迫问题。

Lopatkin的实验室将研究细菌代谢变化如何促成抗生素耐药性的产生。她指出，几十年来，抗生素在临床和农业中的过度使用导致了抗生素耐药菌株的显著增加，成为一个主要的公共卫生问题。Lopatkin表示，目前对抗生素耐药机制的研究主要集中在少数高度保守的细胞内靶点上，这些靶点减少了抗生素与靶点的结合。然而，作为一名博士后研究员，她发现许多细菌还可以通过积累各种各样的突变来逃避这些药物的作用，这些突变干扰了它们的代谢。

Lopatkin的实验室将使用一套综合了微生物学、生物化学以及定量和计算生物学技术的复杂工具，识别细菌在适应不同抗生素和代谢改变化学物质组合时产生的耐药突变。这些见解将使我们能够确定微生物代谢在现实临床环境中如何促成抗生素耐药性的产生，从而促进改进抗生素敏感性评估的诊断和预后测试的发展，以及新型抗感染药物的开发。Lopatkin加入了自1985年以来获得Pew奖项的1000多名科学家的社区。她是从198名由美国各地领先学术机构和研究人员提名的申请者中选出的。

综合总结

Yogesh Goyal和Ann Kennedy的研究不仅在各自领域内取得了重要突破，还展示了跨学科方法在解决复杂科学问题中的潜力。Goyal的FateMap工具为癌症治疗提供了新的视角，而Kennedy的神经机制研究则为理解和控制行为提供了新的方法。Pew慈善信托基金会通过Pew学者计划，为这些早期职业研究人员提供了宝贵的支持，促进了科学研究的进步。

Pew奖项不仅为研究人员提供了资金支持，还为他们的职业发展提供了重要平台。通过这些奖项，研究人员能够更深入地探索科学问题，推动人类健康和医学领域的进步。Pew慈善信托基金会在支持科学研究方面的贡献，不仅体现在资金支持上，还体现在为研究人员提供了一个交流和合作的平台，促进了科学界的共同进步。

总的来说，Yogesh Goyal和Ann Kennedy的研究工作，以及Pew慈善信托基金会的支持，展示了科学研究在解决人类健康问题中的重要性和潜力。通过不断探索和创新，科学家们将继续推动科学的前沿，为人类社会带来更多福祉。