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利用光预测化学疗法如何对待乳腺癌

来源:美国癌症协会 2017-11-20 22:08





如果数字光谱学(DOS)成为护理标准的一部分,癌症患者只能接受有效治疗肿瘤的药物。医生可能能够及时改变化疗方案,以避免药物不起作用的副作用。——Darren Roblyer,博士 - 美国癌症协会受助人

在波士顿大学的实验室里,Darren Roblyer博士研究老鼠,发明了新的医疗设备,并指导临床试验让女性接受化疗作为乳腺癌的首选治疗方法。这三个项目全部由美国癌症协会资助。他们也都有相同的目标:要在化疗开始后尽快地学习化学治疗如何破坏肿瘤

有了这些信息,患者可能不必应付化疗药物的副作用,而这些副作用并不能帮助他们。肿瘤科医生可以立即尝试其他药物组合。而且,乳腺癌女性可能会存活更长时间。

罗伯莱尔的专长是利用光线来拍摄肿瘤内发生的事情。他的工作领域被称为光学成像。

光学成像如何工作

如果你曾经把手电筒放在手掌上,你已经看到了光线在皮肤上的光芒,并在手的另一边展开。一些健康和医疗设备利用这些光学特性。

一个例子就是Fitbit通过在手腕上方的皮肤照射绿光来监测心率。另一种光学装置是脉搏血氧计。那是小钳子的护士把病人的手指放在医院里来测量携带氧气的血液的百分比。测定仪的工作原理是通过手指的一侧照射红光和红外线,另一侧使用检测器测量手指没有吸收的光线。

Robleer使用近红外线,比人类能看到的更红一些。Roblyer说:“近红外线的光线很酷,可以深入到组织厘米深处。他和他的团队通过癌症患者的皮肤发光,光子(光的粒子)穿过组织并穿过肿瘤。”

然后,少量的光子从组织中回来。Robleer说:“我们可以用照相机或传感器来观察光子,根据它们的变化情况,吸收了多少,分散了多少,我们可以知道这些组织的数量。”

什么光学成像显示肿瘤

有人将化疗作为乳腺癌的首选治疗的一个常见原因是缩小肿瘤,所以手术更容易取出。这可能意味着将整个乳房切除(乳房切除术)和仅切除肿瘤(乳房肿瘤切除术)之间的差异。

为了了解化疗如何有效地减少肿瘤的大小,医生可以使用传统的成像设备,如乳腺摄影和超声波。

但在高达约20%的患者中,外科医生发现化疗并没有使肿瘤缩小。罗伯莱尔说:“这意味着病人可能有几个月的治疗使他们感到可怕,但这对癌症没有任何作用。”

除了缩小肿瘤之外,术前化疗的另一大好处可能包括增加患者的生存时间。这与肿瘤的大小或形状无关。

研究显示,在手术前化疗导致“病理完全反应”,女性寿命更长。这意味着当肿瘤通过手术切除时,医生看不到肿瘤中积极生长的癌细胞。

Roblyer说:“在输液中心,医生面临的一个主要问题是,你不能分辨是否化疗甚至到达肿瘤。他的团队的光学成像方法可以改变这一点。

漫反射光谱学(DOS)让医生更早地看到肿瘤内部发生的生物学变化。Robleer和他的团队第一次使用DOS是在同一时间患者正在接受化疗。他们也在输液后第一周测量患者,并在治疗周期的其他时间测量患者。

DOS可以通过拍摄肿瘤如何影响光线来追踪肿瘤的血液供应和新陈代谢。这些变化发生在肿瘤形状或大小变化之前。

目前用于检查病理完全反应的成像类型包括某些类型的PET和MRI扫描。由于它们的大小使得这些机器不能移动,所以在化疗输注期间不能使用PET扫描和MRI。患者接受1或2个周期的化疗后,医生倾向于使用这些扫描。

看到化疗如何早期影响肿瘤有几个好处。首先,医生可以停止使用不适用于癌症的化疗药物 - 可能会导致严重的副作用。此外,医生可以使用DOS来预测不同药物或药物组合的效果,以帮助他们选择最有前景的药物。寻找早期导致病理完全反应的化疗可能会增加患者存活的机会。

一些早期令人兴奋的发现

Robleer说:“这真的很吸引人。他的团队所看到的一些变化是预测化疗效果如何。“你会认为在肿瘤开始死于化疗时,你会看到肿瘤中的氧气减少,”Roblyer说,“但是,我们发现了一些奇怪的东西。在病人第一次输液后的第一个24小时内,有时我们看到含氧血液的增加,而不是减少。”

“他补充道,”更加挑衅的是,在早期的研究中,我们发现高峰是患者是否会对治疗做出反应的一个预测因素,几个星期和几个月到将来。这似乎是一个积极的指标,化疗将运作良好。”

Roblyer和他的团队受到启发。“我们开始思考,”哇,在治疗过程中可能有很多生物学发生了,但还没有被研究,因为这些工具还没有在正确的时间点测量患者。

这刺激了他的团队设计了一个可穿戴设备,该设备将使用光学技术来研究化疗对乳房肿瘤的影响。但是,Robleer说:“你不能建立一些东西,只是开始测量病人。它们之间有许多步骤。“这就是为什么Roblyer和他的小组同时测试老鼠和人类的光学。

同时学习小鼠和人类的好处

Roblyer说,在课本和期刊文章中,研究似乎是按顺序进行的 - 从细胞工作,小型动物处于临床前阶段,然后到临床试验阶段,这是一条直接的路径。“但是在我们的实验室里,所有的时间都是同时发生的。”即使他的资助也包含了3个不同但重叠的项目。

Roblyer解释说:“我们不只是把你从实验室学到的知识,像你听到的有关药物开发的信息一样,转化为诊所。“我们从两个方向 - 从诊所到实验室来回翻译。我把它称为逆向翻译。“

他说,这样做的好处是你可以用小动物做一些你不能做的事情。例如,您可以尝试尚未获得FDA批准或不同剂量的药物。“所以,我们可能会在临床研究中看到一些问题,这就提出了一个我们只能用动物研究来回答的问题。”

三代达伦·罗伯格(Darren Robleer)的光学设备,利用光线拍摄肿瘤内发生的事情。他的工作领域被称为光学成像。

图:Robyler的可穿戴DOS

Robyler的可穿戴DOS的早期设计是刚性的,只有1个光源(LED)和1个光吸收器(光电二极管)。随着后来的一代,他和他的团队增加了灵活性,以符合乳房的自然形状,并增加了更多的光源和光电二极管。

设计一种新的可穿戴式光学器件

Robleer与肿瘤学家Naomi Ko医学博士共同领导的临床试验中,他使用手持式探头对抗皮肤表面,用DOS测量肿瘤。与此同时,他正在设计一个灵活的DOS系统,让女性可以穿着符合她们乳房形状的灵活的DOS系统。

这将是有史以来第一个可以在乳腺癌患者中进行连续光学测量的可穿戴式成像垫。“这是一个反复的过程。”Roblyer正在美国癌症协会的资助下完善他的设备。

目前的模型有32个光源(LED)和16个光电二极管。Robleer的团队不断修改光源和二极管的位置,找到一个能够以最高的灵敏度来测量他们在不同深度所需的位置。目前,该设备不存储数据。它必须连接到电脑才能下载其信息。

Roblyer说:“我们很难用我们所需的设备来频繁测量。“我们正在考虑如何使它在未来不受束缚,因为化疗输注中心只是我们想要衡量化疗对肿瘤影响的第一位。如果病人能够在家里佩戴这个设备,那么我们可以更多地了解最有价值的时间点。他们可能是一天,或一个星期后的治疗。“

除了便携性之外,还有一些设备需要解决的问题,就像Roblyer的团队仍然在寻找将其粘贴到皮肤上的最佳方式。尽管如此,他的美国癌症协会还有一年的工作,所以他的团队还有更多的创新空间。

当赠款结束后,Robleer和他的团队可能需要几年的时间来完成可穿戴DOS设备的准备工作,以便医生可以将其用于患者。Roblyer说:“我们仍然需要与健康志愿者和患有乳腺癌的人一起进行测试。“另外,FDA的批准,等等。”

但同时继续工作。接受美国癌症协会的资助,激发了Roblyer的成功,并获得了其他来源的补助。他和他的团队正在开展几个新项目。他们正在使用光学监测来探索抗化疗乳房肿瘤的毒性较小的治疗方法。他们还使用DOS来监测骨肉瘤患儿的治疗效果,这是一种从骨头开始的癌症。

在光学实验室的幻影

癌症科学家的工作世界的一大部分正在验证他们正在做的研究是准确的,可以安全地用于人类。Roblyer实验室用来确保测量结果正确的一种工具称为光学幻影。

在一个研究实验室中,幻影是可用于测试医疗设备的人体组织模型。光学幻影被设计成模仿光在人体组织中的分布。Robleer的团队使用一块硅胶与吸收光线的染料和散射光的二氧化钛颗粒混合制成光学幻像。

“我们可以制造不同类型的幻影。有些像肿瘤一样吸收光线,有些像正常组织吸收光线。他说,我们可以制造像人体乳房那样弯曲的幻影,或者像皮肤一样扁平的幻影。

罗伯莱尔的团队使用幽灵来:

模拟光照会在有无肿瘤的乳房中分布

校准他们的DOS,以确保其测量准确

记录一个测量值以供参考

“成像幻影已经使用了几十年,”他解释说。“有X射线,核磁共振成像和超声的幻影。他们被认为是测试设备的黄金标准,每个人都需要测试的标准。”(生物谷Bioon.com)

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