导 语  

佐治亚理工学院和斯坦福大学的工程师创造了一种小型自主设备，该设备具有可伸缩的传感器，可以粘附在皮肤上以测量皮肤下面肿瘤大小的变化。这种非侵入性的设备只需按一下按钮，即可将结果传送到智能手机APP，以估体内癌症的治疗效果。

 

01  研究背景

 

在临床转化过程中，每一种药物上市后，都要经过数千种潜在癌症药物的测试。肿瘤学研究人员使用一套体外筛选模型，以快速地评估这些药物对特定癌症类型的疗效，而采用体内模型往往会产生更接近临床效果的结果。

 

然而，固有的生物学差异以及低分辨率的测量工具等因素使得在体内确定药物疗效需要耗费大量人力。准确确定治疗反应对临床转化至关重要，体内肿瘤自动化测量工具可以通过在更多的动物队列中收集高分辨率的连续数据集来帮助实现这一过程。数据质量的提高和人力测量误差的减少可以带来自动化的高通量体内药物测试设置和更准确的实验结果。

 

本研究利用柔性电子材料，提出了一种弹性电子肿瘤体积传感器，能够自主评估体内癌症的治疗效果。

 

02  研究概述

 

研究人员首先在硬件方面进行了测试，在150毫安时电池供电的情况下，组装好的设备可以每隔5分钟连续读出测量值24小时以上。代码的进一步优化将增加电池寿命，使用时间将持续10天以上。

 

 

自主测量肿瘤体积变化的柔性传感器——FAST（图片源自论文）

 

而后，在癌症模型中的体内测试表明，当与单独施用药物或载体的小鼠进行比较时，FAST在治疗开始后5小时内检测到肿瘤生长和收缩统计学的显著变化。这些肿瘤体积短期的动态变化与通过传感器、测径器和生物发光成像获得的长期治疗效果读数相关。

 

在口服厄洛替尼治疗的HCC827小鼠模型中，快速传感器比现有方法更快地检测到肿瘤体积的减小。在7天内对测量值进行三次排序后，传感器和测径器测量值显示出最紧密的相关性，平均排序差为1.59。传感器和发光成像仪记录的平均等级差为1.74。最后，测径器和冷光成像仪表现出1.77的平均等级差。这些数据表明，肿瘤周长的快速传感器测量与其他常见的测量系统有很好的相关性。

 

FAST传感器比现有方法更快地检测到肿瘤体积的减小（图片源自论文）

 

为了证明传感器可以在多种肿瘤模型和治疗方式中检测到肿瘤消退的变化，研究者还使用实验性免疫疗法对Balb/c小鼠中的A20 B细胞淋巴瘤实体瘤模型进行了验证。结果证实，该传感器可以在多种体内模型和多种治疗方式下确定肿瘤体积的消退。

 

最后，研究人员证明了FAST传感器的包裹不会影肿瘤的生长动力学。与未施用传感器的肿瘤相比，接受传感器包裹的肿瘤在组织学上没有差异。放置传感器1周的皮肤组织学显示没有组织损伤的迹象。这些结果支持这样的假设，即传感器记录了与药物药效学直接相关的治疗小鼠中的肿瘤体积缩小，并且传感器包裹不影响肿瘤的生长动力学。

 

佩戴传感器并未对肿瘤的生长动力学产生影响（图片源自论文）

 

03  研究意义

 

这种传感器连续、自主和准确记录肿瘤体积消退的能力表明，这种方法可以取代目前在体内临床前试验中使用的肿瘤消退测量技术，为高通量体内药物筛选和利用传感器进行癌症治疗效果的评估开辟新的途径。

 

内容来源：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn6550

 

来源：BME康复工程分会

关键词： 弹性电子肿瘤体积传感器