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腫瘤領(lǐng)域最新突破!新型可穿戴設(shè)備可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)腫瘤大小

 金戈001 2022-09-29 發(fā)布于江蘇
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摘要:來自斯坦福大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制造出了一種新型可穿戴設(shè)備,這種新型設(shè)備帶有可拉伸且靈活的傳感器,可以通過粘附在人體皮膚上實(shí)時(shí)測(cè)量和記錄患者的腫瘤大小。傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)能夠讓研究人員通過連續(xù)記錄腫瘤大小的變化,來跟蹤給定藥物的即時(shí)藥效學(xué)反應(yīng),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有效治療。
在腫瘤治療過程中,評(píng)估治療效果是一個(gè)關(guān)鍵性問題,而能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)腫瘤大小變化的工具又是評(píng)估癌癥療法的關(guān)鍵所在。因此,開發(fā)出可有效監(jiān)測(cè)腫瘤大小變化的設(shè)備至關(guān)重要。據(jù)此,來自斯坦福大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)提出了一種可拉伸的腫瘤體積傳感器,能夠有效讀取患者的癌癥治療效果。

利用電子材料,研究人員設(shè)計(jì)了一種可穿戴的應(yīng)變傳感器,可以測(cè)量和記錄患者腫瘤體積隨時(shí)間而發(fā)生的變化。在腫瘤模型中,這一傳感器能夠在體內(nèi)治療開始后數(shù)小時(shí)內(nèi)辨別藥物治療所帶來的腫瘤體積動(dòng)態(tài)差異。這種非侵入式、電池供電的設(shè)備即使對(duì)微小的變化也很敏感,只需要按一下按鈕,即可將結(jié)果實(shí)時(shí)無線傳輸至智能手機(jī)應(yīng)用程序上。該項(xiàng)研究成果以“A flexible electronic strain sensor for the real-time monitoring of tumor regression”為題,發(fā)表在權(quán)威期刊Scidence Advances上。

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圖1 研究成果(圖源:[1])

FAST傳感器是通過在苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯滴鑄層的頂部沉積50 nm的金層制成的,由于其是完全靈活和可拉伸的,因此很容易隨著腫瘤的進(jìn)展而發(fā)生擴(kuò)張或收縮。對(duì)于該傳感器來說,當(dāng)施加應(yīng)變時(shí),金層中的微裂紋彼此失去接觸,增加了通過傳感器的電子路徑長度的曲折度。傳感器中電阻的相對(duì)變化跨越兩個(gè)數(shù)量級(jí),因?yàn)樗鼜?%拉伸到75%應(yīng)變,并且可以檢測(cè)到低至10微米尺度分辨率的變化。

為該傳感器定制設(shè)計(jì)的印刷電路板和手機(jī)應(yīng)用程序只需按下按鈕即可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)和歷史傳感器讀數(shù)。此外,研究人員為FAST傳感器設(shè)計(jì)了一個(gè)3D打印的外殼機(jī)制,以確保傳感器和印刷電路板合適地貼合在鼠標(biāo)上并準(zhǔn)確記錄腫瘤體積的擴(kuò)張或收縮。

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圖2 測(cè)量腫瘤體積變化的傳感器設(shè)備(圖源:[1])

為了驗(yàn)證其在體外辨別形狀體積變化的能力,研究人員測(cè)量了傳感器放置在3D打印模型腫瘤頂部時(shí)的輸出結(jié)果,他們發(fā)現(xiàn),傳感器記錄了體積小至65mm3和大至750mm3的腫瘤體積讀數(shù)的顯著變化。

隨后,研究人員再次驗(yàn)證了傳感器在體內(nèi)測(cè)量腫瘤體積變化的準(zhǔn)確性和有效性。在兩種癌癥模型中進(jìn)行的體內(nèi)測(cè)試表明,與單獨(dú)服用藥物或載體的小鼠相比,F(xiàn)AST傳感器檢測(cè)到小鼠接受治療5小時(shí)內(nèi)腫瘤生長和收縮動(dòng)態(tài)的統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著變化。

接著,研究人員還以厄洛替尼為例,評(píng)估接受治療期間FAST傳感器測(cè)量小鼠體內(nèi)腫瘤體積變化的情況。結(jié)果顯示,與其他需要數(shù)天才能辨別生物學(xué)顯著差異的測(cè)量技術(shù)相比,F(xiàn)AST傳感器幾乎是在接受藥物治療后就可以立刻監(jiān)測(cè)到腫瘤體積擴(kuò)張或收縮的情況變化。在治療期間,研究人員分析了動(dòng)物運(yùn)動(dòng)對(duì)傳感器施加的機(jī)械應(yīng)力的影響,并評(píng)估了傳感器對(duì)腫瘤施加的機(jī)械應(yīng)力的影響。佩戴傳感器時(shí),在整個(gè)研究期間動(dòng)物都可以自由移動(dòng)、飲食和進(jìn)水,此外,研究人員也證實(shí)了傳感器對(duì)小鼠體內(nèi)腫瘤體積的變化沒有任何影響。

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圖3 厄洛替尼治療的HCC827腫瘤的組織學(xué)證實(shí)了FAST 傳感器可快速監(jiān)測(cè)腫瘤體積變化(圖源:[1])

研究的最后,研究人員使用實(shí)驗(yàn)性免疫療法對(duì)Balb/c小鼠的A20B細(xì)胞淋巴瘤實(shí)體瘤模型進(jìn)行了傳感器表征,以證明傳感器監(jiān)測(cè)在多種腫瘤模型和治療方式中的準(zhǔn)確性和有效性。最終發(fā)現(xiàn),傳感器可以在多種腫瘤模型和多種治療方式下監(jiān)測(cè)腫瘤體積的變化。

對(duì)此,研究人員表示,他們此次設(shè)計(jì)出來的微型設(shè)備——測(cè)量腫瘤的靈活自主傳感器(FAST)代表了一種全新、快速、便宜、便攜和準(zhǔn)確的測(cè)試抗癌藥物療效的方式。從長遠(yuǎn)來看,這種微型設(shè)備可能會(huì)為癌癥治療帶來有希望的新方向。這種監(jiān)測(cè)設(shè)備不僅可以準(zhǔn)確、快速、便攜地測(cè)試抗癌藥物功效,而且也可以顯著降低癌癥治療篩查過程的成本。

撰文|木子久

排版|風(fēng)立宵

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參考資料:
[1]Abramson A, Chan CT, Khan Y, et al. A flexible electronic strain sensor for the real-time monitoring of tumor regression. Sci Adv. 2022 Sep 16;8(37):eabn6550. doi: 10.1126/sciadv.abn6550. Epub 2022 Sep 16. PMID: 36112679.  

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