
由塔夫茨大學(xué)科學(xué)家研發(fā)的一種新型無創(chuàng)檢測技術(shù),僅需患者的尿液樣本,就能比當(dāng)前應(yīng)用的侵入性臨床篩查技術(shù)更加簡單和精確的預(yù)測膀胱癌的發(fā)生。經(jīng)驗(yàn)證,這項(xiàng)基于原子力顯微鏡(AFM)的液體活檢技術(shù),在膀胱癌的檢測上特異性達(dá)到了82%-98%!靈敏度更是超過了90%!
這項(xiàng)研究最新發(fā)表在國際頂級(jí)期刊《PNAS》上。值得注意的是,這也是原子力顯微鏡首次成功的應(yīng)用于臨床診斷。研究人員通過原子力顯微鏡,對癌癥患者尿液中的細(xì)胞進(jìn)行納米級(jí)別的觀察,發(fā)現(xiàn)癌癥患者尿液中的細(xì)胞具有獨(dú)特的特征。

顯微鏡探針對細(xì)胞表面進(jìn)行“描繪”
研究人員強(qiáng)調(diào),這項(xiàng)無創(chuàng)技術(shù)不僅可用于膀胱癌的檢測,對于上尿路、尿道、胃腸道、結(jié)直腸、宮頸以及呼吸系統(tǒng)癌癥的檢測同樣潛力無窮。不僅如此,這項(xiàng)技術(shù)還可用于監(jiān)測細(xì)胞對各種藥物治療的反應(yīng)。因此,這項(xiàng)新型檢測方法可能為診斷成像的發(fā)展指明了全新的方向!
膀胱癌是最常見的惡性腫瘤之一,在我國發(fā)病率居所有泌尿系統(tǒng)腫瘤首位。據(jù)2015年中國癌癥年報(bào)統(tǒng)計(jì),我國約有8.05萬新患者,約有3.29萬人死于膀胱癌。膀胱癌由于具有易復(fù)發(fā)、治療周期長、單次治療費(fèi)用較高等特點(diǎn),其治療費(fèi)用居于實(shí)體腫瘤首位。
膀胱癌患者術(shù)后即使進(jìn)行輔助治療,術(shù)后1年復(fù)發(fā)率仍可達(dá)15%-61%,術(shù)后5年復(fù)發(fā)率可達(dá)50%-70%。因此,早期診斷和發(fā)現(xiàn)腫瘤對于膀胱癌的治療和降低術(shù)后復(fù)發(fā)率十分重要。對于早期檢測發(fā)現(xiàn)膀胱癌的患者,5年生存率甚至可達(dá)到95%!
目前,尿脫落細(xì)胞學(xué)檢查和膀胱鏡檢查是臨床上診斷膀胱癌最可靠的方法。傳統(tǒng)的尿脫落細(xì)胞學(xué)檢查雖為無創(chuàng)檢查,但敏感性低,易受到結(jié)石、炎癥等因素的影響而出現(xiàn)假陽性結(jié)果。
而膀胱鏡檢為有創(chuàng)檢查,且對于肉眼見不到的微小腫瘤容易造成漏診。對于已經(jīng)接受治療并處于緩解期的患者而言,需要每3-6個(gè)月進(jìn)行一次侵入性的膀胱鏡檢查,不僅費(fèi)用昂貴且會(huì)帶來巨大不適。因此,尋找敏感性高、特異性強(qiáng)、無創(chuàng)、無痛苦、相對經(jīng)濟(jì)、能長期隨訪的膀胱癌早期診斷方法成為研究的熱點(diǎn)。
而當(dāng)前這項(xiàng)研究所研發(fā)出的無創(chuàng)診斷技術(shù)比侵入性的膀胱鏡檢查要更加精確,不僅能夠顯著的降低患者的治療成本,還能極大的減少患者的不便。

檢測流程示意圖
而實(shí)現(xiàn)這一切所需要的僅僅只有尿液樣本!通過最新的液體活檢技術(shù),研究人員不僅能更加輕松的篩查有家族病史的健康個(gè)體,而且還能潛在的檢測出癌癥發(fā)展的階段。不僅如此,利用這項(xiàng)技術(shù)能夠更加有效的監(jiān)控患者治療后的進(jìn)展。
這項(xiàng)技術(shù)就是基于原子力顯微鏡的影像學(xué)診斷技術(shù)!原子力顯微鏡通過微懸梁臂上的探針對細(xì)胞的表面進(jìn)行“描繪”,探針在經(jīng)過凹凸不平的細(xì)胞表面時(shí)會(huì)發(fā)生不同程度的微小偏移,記錄下這種偏移后,研究人員就能夠描繪出細(xì)胞表面的納米級(jí)特征圖譜。此外,探針的“擺動(dòng)”還能夠檢測出樣本的一些物理學(xué)特征,比如細(xì)胞的粘附力等等。
近年來原子力顯微鏡已成為微小生物結(jié)構(gòu)不可缺乏的探測工具。主要原因是因?yàn)殡娮语@微鏡必須在真空環(huán)境下操作,而生物體離不開體液也不能在真空中存活。所以,對于生物體的納米級(jí)觀測,原子力顯微鏡成為唯一工具。原子力顯微鏡不僅可針對生物樣品表面擷取影像,也可以探測生物體內(nèi)的納米級(jí)力學(xué)性質(zhì)(比如實(shí)驗(yàn)探測DNA的拉伸強(qiáng)度值)。

原子力顯微鏡的基本架構(gòu)圖,主體結(jié)構(gòu)為一個(gè)微懸臂梁,懸臂梁的自由端設(shè)有一探針。探針尖端的曲率半徑約數(shù)個(gè)納米,它與試體間存在分子間作用力。以低功率激光照射在探針背面,其反射訊號(hào)投影在光感測器,藉由光感測器上光點(diǎn)的位置探知微懸臂梁的振動(dòng)情況。
研究人員發(fā)現(xiàn),從癌癥患者尿液中提取出的膀胱細(xì)胞具有獨(dú)特的表面特征,利用原子力顯微鏡可以將其與健康個(gè)體的膀胱細(xì)胞區(qū)分開來,因此這種方法具有極大的潛力用作診斷工具。不僅如此,該診斷方法與機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合后,能夠更精確的識(shí)別細(xì)胞表面特征,例如粘附性、粗糙度、方向性以及分形特性等,從健康細(xì)胞中將癌變細(xì)胞區(qū)分出來。

癌細(xì)胞與正常細(xì)胞在顯微鏡觀察下具有不同的特征(左列為正常細(xì)胞,右列為癌細(xì)胞觀察結(jié)果)
通過研究人員的驗(yàn)證,這項(xiàng)液體活檢技術(shù)的靈敏度超過了90%!而當(dāng)前其他可用的非侵入性尿液檢測(如生物標(biāo)志物NMP22生化評估、熒光原位雜交分析、免疫細(xì)胞化學(xué)技術(shù)分析)的靈敏度為20%-80%。除此以外,在膀胱癌的檢測上這項(xiàng)技術(shù)的特異性更是達(dá)到了82%-98%!
原子力顯微鏡的發(fā)展至今已近三十年,這是其首次顯示出巨大的臨床診斷前景,且精確性超過了當(dāng)前的膀胱癌診斷臨床標(biāo)準(zhǔn)。在正式進(jìn)入臨床實(shí)踐之前,這項(xiàng)技術(shù)還需在更大范圍的患者人群中進(jìn)行驗(yàn)證。研究人員表示,希望這項(xiàng)技術(shù)未來能用于其他類型腫瘤,如胃腸道癌癥、結(jié)直腸癌以及宮頸癌等的檢測中。
參考資料
Noninvasive diagnostic imaging using machine-learning analysis of nanoresolution images of cell surfaces: Detection of bladder cancer
www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1816459115
郵政編碼:200052 電話:021-63800152 傳真:021-63800151 京ICP備15010734號(hào)-10 技術(shù):網(wǎng)至普網(wǎng)站建設(shè)