癌症肿瘤

日前，来自密歇根大学医学院和哈佛大学的研究人员开发了一种新型激光技术，可发现肉眼无法看到的脑肿瘤组织。这项技术可以用于区分活体小鼠大脑中正常组织和癌症组织，有助于外科手术的进行。 　　领导这一研究的是著名华人科学家、美国国家科学院院士谢晓亮(Sunney Xie)教授，谢教授曾获美国物理学会的青年光谱学家奖、以色列总统奖等多项殊荣，现已被聘为北大化学与分子工程学院客座教授。谢晓亮教授是单分子生物物理化学和相干拉曼散射显微成像的开拓者之一，其研究组在离体实验及活细胞内生物系统在单分子水平的动力学研究方面取得了不少重要的成果，尤其是单分子荧光显微技术，比如相干拉曼显微成像技术(CARS、SRS)等方面成果斐然。 　　提升肿瘤切除技术 　　多型性神经胶质母细胞瘤(Glioblastoma Multiforme, GBM)是最常见，也是致死率极高的脑部肿瘤。平均而言，这种疾病的患者一经诊断后就只有18个月的剩余时间了。手术是针对这类肿瘤最有效的治疗方法之一，但不到四分之一的患者手术无法达到最佳效果。 　　文章第一作者之一，密歇根大学Daniel Orringer博士表示，&ldquo 虽然脑肿瘤手术已经取得了不少进步，但是许多患者的存活率并不高，这其中的一部分原因在于临床医师们在手术完成前，无法确定是否已经切除了所有的肿瘤组织&rdquo 。 　　正是由于很难区分脑肿瘤与正常脑组织，而临床医师又主要依赖于组织颜色和质地等可见的线索，因此一些癌症肿瘤组织没有被切除完全，这就造成了进一步的危害。 　　这项研究利用SRS显微技术(SRS microscopy)快速检测癌症组织，实现外科手术中的可视化。SRS即受激拉曼散射(Stimulated Raman scattering，SRS)，能检测原子间化学键的变化(红外显微镜和拉曼显微镜也可以检测，但是灵敏度低)，谢晓亮教授曾表示，SRS显微镜是生物医药成像的一个巨大进步，开启了活细胞新陈代谢的实时监控研究。 　　在过去15年间，谢晓亮教授一直致力于这种技术的研究，将其微弱的拉曼信号扩增了上万倍，从而能利用彩色SRS图像对活体组织进行成像。这一研究组甚至实现了每秒30个新图片的成像速度，实时追踪组织变化。 　　观察大脑的微观结构 　　这一研究组由跨学科多方面研究人员组成，包括化学家，神经外科医生，病理学家等，研究论文首次利用SRS显微镜在活体组织中观察到了肿瘤的&ldquo 边缘地带&rdquo ，即浸润于正常细胞中的肿瘤细胞。这是外科医生进行手术时最难把握的区域，尤其是当肿瘤已经侵入到了具有重要功能的区域中。 　　这项技术能通过检测化学键的振动来对组织中的脂质和蛋白质的丰富程度进行测绘，肿瘤有着相对较高含量的蛋白及相对较低的脂质，而正常脑组织则两者皆含量丰富。研究人员利用SRS技术区分这两者之间的差别，对活体小鼠大脑中的癌症肿瘤组织进行快速成像和检测。 　　同时为了完成彩色成像，研究人员还对信号进行了处理，使脂质呈绿色，蛋白呈蓝色，因此肿瘤看上去大多呈蓝色而正常组织则显示大量的绿色。研究人员在手术过程中也对活体小鼠进行了成像，发现SRS可在活体脑的区域中给肿瘤成像，而在这些区域中肿瘤组织对肉眼来说看上去是正常的。在肿瘤与正常组织之间的边缘地带，研究人员看到有细胞(推测是肿瘤细胞)向正常脑组织渗透。 　　作者指出，相比于目前用于脑肿瘤的诊断方法：一种称为H&E染色的方法，SRS技术更为准确。而且后者也可以进行实时追踪，并且无需染色，切除或对组织进行处理。 　　下一步：小型激光临床试验 　　目前SRS显微系统对于手术室使用，还不够小型化和稳定，这一研究组现在正与Invenio成像公司合作，发展廉价的光纤元件，组装SRS操作系统。此外研究组还与AdvancedMEMS公司合作，试图减小探头的尺寸。 　　明年这一研究组也许还将进行更进一步的验证研究。

在癌症诊断与治疗中，医生通常是利用活组织检查来进行确诊并跟踪治疗效果。这种方法不仅会给患者带来创伤，而且价格昂贵。循环肿瘤细胞(Circulating Tumor Cell, CTC)检测打破了这一僵局。CTC是存在于癌症患者血液循环系统中的游离癌细胞，被认为是癌症生长、转移的一个重要因素。近年来，CTCs引发越来越多的研究者及商业公司的兴趣。 　　10月23日，在第三届&ldquo 千人计划&rdquo 创业大赛决赛上，美国泰勒影像生物技术有限公司创始人洪斌博士带来了关于CTCs的新项目&mdash &mdash 基于循环肿瘤细胞检测的快速、低成本癌症普查技术。生物探索记者对此进行了专访。 洪斌博士在千人计划大赛上展示自己带来的CTCs检测项目 　　循环肿瘤细胞，癌症无创检测新工具 　　对于科研及临床来说，CTC的概念并不陌生，早在1896年，澳大利亚学者Ashworth就首次提出CTC的概念。CTCs目前定义为自发或因诊疗操作由实体瘤或转移灶释放进入外周血循环的肿瘤细胞。 　　大量实验已经证实CTCs检测有助于肿瘤的早期诊断、判断患者预后、评估抗肿瘤药物的疗效及制定个体化治疗方案。与其他组织学标本如骨髓等相比，外周血标本容易获得，且创伤性小，是临床上常规检测较为理想的标本来源。 　　但是，CTC在外周血中的数量非常稀少，仅占外周血白细胞的1/106-1/107，并且它是连续产生的，在血液中呈动态分布，会出现滞后现象，具有很强的异质性，因此CTCs的检测一直受到挑战。 　　新技术实现CTCs快速检测 　　洪斌博士带来的技术可以解决这一问题。洪博士曾在美国豁达斯派克生物技术公司及美国艾卫迪医学检测公司工作，主导过政府支持的循环肿瘤细胞检测项目。他说，CTCs的少是相对的概念，并不是所有样品中都会少，这是一个误解。以前是因为产品、设备不够好，检测不到，所以才叫&ldquo 少&rdquo 。现在已经证明了，很多样品检测水平是以前平台的30倍到100倍，这样就不能称作&ldquo 少&rdquo 了。 　　不同于常规的细胞学检测手段，洪博士使用的是专利技术，肿瘤细胞无需分离、无需洗脱特异性染色和高清成像，不会对细胞产生物理损伤，没有样品损失。同时，他们开发了非抗体染色剂，无论染色时间长短对正常细胞都不会产生非特异性染色，不会产生染色背景。整个检测过程只需10分钟，保证了癌症检测的准确度、灵敏度、特异性和方便使用。 　　既往研究表明，外周血CTCs存在于肺癌、乳腺癌、前列腺癌、结直肠癌、膀肌癌和卵巢癌等多种恶性肿瘤中，因此洪博士的这项技术几乎可以检测所有癌症&mdash &mdash 只要能产生CTCs。医院、体检中心、诊所、中心实验室进行癌症筛查、诊断和治疗评价时均可使用这项技术。 　　一年左右进入临床 　　对一项医学技术来说，大家最为关注的永远都是何时能够进入临床，真正应用到患者身上，尤其是与癌症相关的技术。洪博士表示，这项技术预计一年左右在中国进入临床，经过临床试验、注册证审批等程序，再过一年半到两年时间即可推向市场。 　　洪博士提醒，虽然这项技术很先进，但是它不能完全取代现有的癌症检测技术。放射、影像、病理检查等每项技术都有自己的优势，在某些情况下，CTCs快速检测技术能够取代传统检测手段，更多情况下，CTCs快速检测技术希望做到与传统检测手段优势互补，最终实现癌症的准确检测&mdash &mdash 这也是癌症检测的最终目的。 　　在查看介绍资料时，记者注意到该技术有&ldquo 床边&rdquo 、&ldquo 快捷&rdquo 字样，因此产生疑问，该检测方法有可能给患者在家里使用吗?洪博士说，该检测使用形式多样，可以在专业实验室使用，也可以在病人床边使用，但是建议医生在专业实验室使用，以方便结果确认。 　　洪博士计划首先将产品推向全国各体检中心。被问及在中国推广这项技术可能会遇到哪些挑战，他说，挑战肯定会有，毕竟这是一个新产品，但它并不是市场上第一个这种类型的产品。经过多年发展，市场已经认可CTCs检测相关产品，他们只要努力证明这项技术好在哪里就行了。 　　CTCs检测不是一件易事，中国十年前就有公司介入CTCs检测领域，因为难度太大，到现在鲜有成功者。或许接下来十年，这种情况会得到改观。随着检测技术的不断改进，检测手段敏感性与特异性的提高，CTCs检测必将在临床肿瘤诊治中得到更广泛的推广应用，CTCs检测也将在人类战胜肿瘤的征途上写下新的篇章。 　　美国泰勒影像生物技术有限公司创始人洪斌 　　洪斌毕业于南京大学、北京化工大学、美国路易维尔大学。曾在美国豁达斯派克生物技术公司担任高级研究员、项目主管，在美国艾卫迪医学检测公司担任研发主管。洪博士获得了美国普渡大学药政管理与质量监督职业资格认证，美国药监局药政管理培训资格认证，多项中美创新创业大赛大奖，并入选美国大学名人录。他发表第一作者SCI核心期刊文章十余篇，发明专利四篇、知识产权一篇，是生物传感器和医学检测领域著名期刊 Biosensor & Bioelectronics的特邀审稿人。

癌症疫苗通过将肿瘤抗原呈递给免疫细胞以激活免疫反应，然而，由于在许多癌症中缺乏广泛表达的肿瘤抗原，肿瘤疫苗的制备受到阻碍。由于缺乏广谱表达的肿瘤相关抗原，且每个患者肿瘤细胞所表达肿瘤特异性抗原独一无二，癌症疫苗的临床研究受到阻碍。为了避免上述情况，自体肿瘤细胞由于其无需前瞻性地识别目标抗原，被用于构建个性化肿瘤疫苗。但是，在一般构建个性化多价肿瘤疫苗的过程中，自体肿瘤细胞在经过灭活处理去除致瘤性后，其免疫原性也会大量丢失，很难产生有效的抗肿瘤免疫反应。2021年11月1日，美国新墨西哥大学Jeffrey Brinker，Sarah Adams和Rita Serda课题组合作在Nature Biomedical Engineering杂志上发表题为Cancer vaccines from cryogenically silicified tumour cells functionalized with pathogen-associated molecular patterns的研究论文，报道了一种用于个性化免疫治疗的模块化肿瘤全细胞疫苗，该疫苗在高级浆液性卵巢癌模型中显示出持久的治疗效果。研究团队通过低温生物矿化技术，在去除肿瘤细胞致瘤性的同时，完整保存了患者肿瘤细胞的肿瘤抗原；之后，进一步将病原相关分子模式（PAMP）修饰在矿化肿瘤细胞表面上，模拟病原体表面性质以促进树突状细胞对肿瘤疫苗的识别和摄取；保证大量的肿瘤抗原被呈递给T细胞，并激活T细胞攻击肿瘤细胞，从而实现肿瘤特异性免疫应答。值得注意的是，此疫苗对肿瘤细胞的抗原保存可以简单推及至其他肿瘤细胞。同时此疫苗可以在室温下干燥储存。在补液后，基于个体患者对治疗的反应或针对患者肿瘤的免疫状况，可以个性化加载适宜的免疫佐剂，以提高免疫治疗效果。卵巢癌的患者往往会出现严重的腹水。这些腹水需要通过腹腔经皮穿刺取出或在肿瘤减积手术时排出。研究团队证明卵巢癌患者的腹水样本可用于高效肿瘤全细胞疫苗的制备，这为个性化肿瘤疫苗的快速开发和生产提供了临床可行性。同时，研究团队发现即使在卵巢癌晚期，肿瘤全细胞疫苗与卵巢癌治疗一线药物-顺铂的联合使用也可以极大的提高患者的生存期和存活率。这表明，此疫苗可以有效地整合到现有的卵巢癌治疗方案中，以提高癌症治疗效果。综上所述，研究团队提出了一种高效的自体癌症疫苗。简单的低温硅化过程可以推广到多种肿瘤全细胞疫苗的制备；模块化设计使肿瘤疫苗可以个性化搭载各种免疫刺激物，加强免疫反应。个性化肿瘤疫苗的直接递送，可以将肿瘤微环境重新编程，促进抗肿瘤免疫反应，并保持对肿瘤的免疫记忆，防止肿瘤复发。此外，此方法简化了疫苗的生产和存储条件，避免了临床应用受到冗长而复杂的生产要求的限制。同时与当前化学药物治疗方案的整合，促进了个性化全细胞肿瘤疫苗的临床转化。美国新墨西哥大学健康科学中心内科-分子医学系郭佶慜博士和新墨西哥大学健康科学中心妇产科的Henning De May博士为本文的共同第一作者。原文链接：https://doi.org/10.1038/s41551-021-00795-w