如何趁早发现癌症？MIT科学家开发新技术，让早期肿瘤早曝光

▎学术经纬/报道

对于很多癌症类型来说，“早发现”是实现成功治疗的重要条件。最近，美国麻省理工学院的研究者开发出一种光学成像系统，利用近红外技术在活体组织内探测，可以在肿瘤早期只有0.1毫米时就将其检测出来。应用这项技术，研究人员希望可以在临床上帮助卵巢癌和其他癌症的早期诊断。这项成果发表于《Scientific Reports》。

现有的成像技术在检测肿瘤时分辨率和成像深度难以两全。光学成像技术无法深入，当组织深度超过3厘米时成像有困难；常用的X射线计算机断层扫描（CT）和磁共振成像（MRI）可以扫描全身，但当肿瘤还不够大，没有超过1厘米时，难以可靠识别。

这项研究的负责人、MIT生物工程系系主任Angela Belcher教授致力于开发癌症成像的新光学方法，同时挑战深度和分辨率，并且不需要任何放射性标记。“我们的目标是发现那些微小的肿瘤，并且，我们希望采用非侵入性的方式来做到这一点。”

这套新系统采用了近红外荧光发光探针。探针主要由氟化钇钠纳米粒子组成，添加了一定稀土元素，如铒（Er）、钬（Ho）或镨（Pr）。根据掺杂元素的不同，纳米粒子可以发出不同波长的近红外荧光。近红外光的波长在900~1700纳米，相比波长更长的光，更适合穿透更深的组织。

根据光谱扫描的数据，研究人员可以识别不同波长的荧光光源，从而确定特定探针的位置。再进一步分析整个近红外光谱中较窄的波段，还可以确定探针的深度。

▲这套成像系统被命名为“海豚”（DOLPHIN），由高光谱成像（HSI）模式和高漫反射成像（HDI）模式组成（图片来源：参考资料[1]）

为了验证这套成像系统的潜在用途，研究人员让小鼠吞下荧光纳米粒子团，然后在活体小鼠的消化道内成功追踪到了这些仅0.1毫米的荧光探针。

而在实际应用中，对这些探针做进一步修改，使之靶向癌细胞，把癌细胞“点亮”，理论上就可以对大小仅0.1毫米的早期肿瘤进行追踪。“0.1毫米的荧光标记肿瘤，意味着只有一百多个细胞组成的细胞团。据我们所知，以前没有光学成像技术能做到这一点。”共同第一作者Neelkanth Bardhan博士介绍。

此外，这套系统探测信号的深度也超越了传统的光学成像系统。研究人员将荧光粒子注入小鼠、大鼠等动物体内后，通过全身成像确定粒子的最终位置，这意味着成像可以达到4厘米的深度。而在人体组织模拟物和动物组织中进行的测试显示，探针的定位深度最高可以到达8厘米。

有了这些技术上的突破，研究人员正在尝试应用这套系统帮助癌症的早期诊断，例如，早期检测卵巢癌。卵巢癌往往在最初确诊时已经处于晚期，因此预后不良。而难以早确诊的一个重要原因就在于，当卵巢肿瘤还很小的时候，常规检测手段很难发现它。

“我们希望最终找到一种方法，可以在肿瘤一出现转移或恶化时就能发现并追踪它们。这是我们开发这项技术的第一步。” Belcher教授表示。

参考资料

[1] Xiangnan Dang et al, (2019) Deep-tissue optical imaging of near cellular-sized features. Scientific Reports. DOI: 10.1038/s41598-019-39502-w

[2] New optical imaging system could be deployed to find tiny tumors. Retrieved Mar 7, 2019, from http://news.mit.edu/2019/near-infrared-optical-imaging-system-small-tumors-0307

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