《科学·进展》:鲍哲南团队发明可穿戴设备 可实时监测肿瘤体积 肿瘤药物临床前研究有望迎来大变革！

103010:鲍哲南团队发明了一种可穿戴设备，可以实时监测肿瘤体积。肿瘤药物临床前研究有望迎来大变革！

来源：奇点蛋糕2022-10-11 14336056

FAST也有一些缺陷。比如目前只能用于监测皮下移植肿瘤的体积变化，而不适用于原位肿瘤模型(如脑、肝)。

肿瘤药物的研发可谓大获成功，但时间、金钱成本高、风险大的临床试验可谓万里长征。在临床前研究中，需要从分子、细胞、机体等各个层面研究药物。其中，动物实验的结果对于一种药物进入临床研究至关重要[1]。

在开发肿瘤治疗药物时，在实验动物中验证药物的安全性和有效性是至关重要的一步，监测肿瘤的大小更是必不可少的。目前对实验动物肿瘤大小的检测主要是通过直尺测量、可见光活体成像、b超、CT/MRI等。要么不准确，要么费时费力[2]。

近日，世界顶尖华裔材料科学家、斯坦福大学鲍哲南教授基于柔性电子材料研发出一种可穿戴式动物肿瘤实时监测设备(FAST)，实现了对皮下移植肿瘤的自动连续(分钟级)监测，精度达到微米级。相关研究成果发表在《科学进展》杂志上[3]。

设备工作图

在所研究的两种体内肿瘤小鼠模型中，FAST可以在治疗开始后5小时内检测到药物治疗组和对照组之间肿瘤体积的差异，这一点得到了组织学检查结果的证实。FAST的长期监测能力已通过卡尺和生物发光成像得到验证。

FAST集肿瘤测量、计算和数据传输功能于一体，可提供高质量、高精度、长期的肿瘤体积监测数据，大大加快和简化了药物筛选大规模动物实验的进程。

报纸首页截图

研究人员将这种实时监测肿瘤大小的无线设备称为FAST，它包括一个3D打印外壳，一个定制设计的印刷电路板(PCB)和一个柔性传感器。

它由FAST外壳、PCB和柔性传感器组成。

3D打印的外壳允许传感器和PCB舒适稳定地固定在鼠标上，带有电池设备。传感器的末端固定在外壳的刚性部件上，而不是直接放置在皮肤上。这种设计可以减少皮肤位移的影响，使传感器产生的应变是由肿瘤体积的变化引起的。

快速固定在鼠标上的真实图像

FAST最关键的部件是传感器，它是在苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯的滴层上覆盖一层50nm的金层制成的，可以大规模生产。随着肿瘤的增大，传感器中的金层受到应力，产生微裂纹，从而改变电阻。当肿瘤缩小时，传感器内金层的微裂纹恢复，使电阻发生变化。根据上述原理，FAST可以在应变率为0%到75%的情况下测量10 m的变化。

传感器电阻与应力的关系

为了将小鼠运动时皮肤运动造成的测量误差降至最低，研究人员设置传感器在5分钟内对肿瘤进行32次连续测量，并取测量值的中位数(消除大小鼠运动造成的离群值的影响)作为相应的结果。在这样的高频测量下，FAST(150 mAh电池)仍然可以连续工作24小时以上，如果检测频率降低到每小时一次，续航时间可以超过10天。

然后，研究人员通过3D打印的肿瘤模型测试了FAST在体外检测体积变化的能力。结果表明，FAST可以检测到小至65mm3、大至750mm3的模拟肿瘤的体积变化。在体内检测肿瘤变化时，快速电阻的变化与游标卡尺测得的肿瘤体积密切相关。

快速体外和体内

可准确、灵敏地检测体积改变

在建立了FAST所测得参数与体积的转换方法后，研究人员开始在体内实验中评估FAST连续监测肿瘤体积变化的功能。

对于皮下移植了人细胞（HCC827，对酪氨酸激酶抑制剂厄洛替尼敏感）的裸鼠，在肿瘤接种8天后（肿瘤体积约100mm3），研究人员使用FAST连续监测12个小时肿瘤生长情况，结果显示肿瘤体积约增加3.6mm3。连续监测7天后，FAST对肿瘤的测量结果与游标卡尺和生物发光成像相一致。

而在使用厄洛替尼对小鼠进行为期6天的治疗后，FAST、游标卡尺和生物发光成像均可检测到肿瘤体积的缩小。但FAST在厄洛替尼治疗5小时后即可检测到肿瘤体积的缩小（治疗组和对照组小鼠传感器电阻读数差异，P=0.0037），而游标卡尺和生物发光成像则需要好几天才能检测到肿瘤体积的变化。这证明了相比于传统的测量方式，FAST更加灵敏。

分别用FAST、游标卡尺和生物发光成像对裸鼠皮下移植肿瘤进行监测

FAST检测到肿瘤在治疗5小时后体积出现差异这一结果也得到了组织学结果的支持。在厄洛替尼治疗5小时后，肿瘤组织出现凋亡，同时Ki67表达下降（增殖减少），肿瘤中的细胞密度降低。此外，肿瘤组织磷酸化EGFR表达下降（EGFR为厄洛替尼治疗靶点）。

肿瘤在治疗5小时后出现凋亡，同时增殖减少

最后，研究人员还在另一个肿瘤模型 裸鼠皮下移植B细胞（A20细胞）模型中再次验证FAST监测肿瘤体积变化的能力。结果不出所料，FAST在治疗5小时后即可检测到肿瘤体积的变化，这是传统的检测手段难以达到的。组织学检测同样显示在治疗后肿瘤组织出现明显凋亡。

总的来说，与传统的肿瘤测量工具如游标卡尺和生物发光成像相比，FAST具有多个明显的优势。

首先，FAST可做到分钟级别的体积监测，可生成体积-时间变化的精细曲线，这是其他非自动化检测方法难以做到的。其次，由于FAST是基于传感器电阻变化来反应体积改变，其灵敏度大大高于其他检测方法。同时，FAST大大减少了监测肿瘤体积变化的时间与人力成本，非常适用于大规模药物筛选的动物研究。

然而，FAST也有一定的缺陷，比如其目前仅可用于皮下移植瘤体积变化的监测，对于体内原位（如脑、肝脏）肿瘤模型，FAST就不适用了。

但FAST仍然是一个十分重要且有意义的设备，可助力于肿瘤药物筛选的大规模动物实验，希望该设备能早日量产并大规模推广（薄利多销，不然可能用不起）。

参考文献

1. Gao H, Korn JM, Ferretti S, Monahan JE, Wang Y, Singh M, Zhang C, Schnell C, Yang G, Zhang Yet al: High-throughput screening using patient-derived tumor xenografts to predict clinical trial drug response. Nat Med 2015, 21(11):1318-1325.

2. Ortmann J, Rampasek L, Tai E, Mer AS, Shi R, Stewart EL, Mascaux C, Fares A, Pham NA, Beri Get al: Assessing therapy response in patient-derived xenografts. Sci Transl Med 2021, 13(620):eabf4969.

3. Abramson A, Chan CT, Khan Y, Mermin-Bunnell A, Matsuhisa N, Fong R, Shad R, Hiesinger W, Mallick P, Gambhir SSet al: A flexible electronic strain sensor for the real-time monitoring of tumor regression. Sci Adv 2022, 8(37):eabn6550.

版权声明 本网站所有注明“来源：100医药网”或“来源：bioon”的文字、图片和音视频资料，版权均属于100医药网网站所有。非经授权，任何媒体、网站或个人不得转载，否则将追究法律责任。取得书面授权转载时，须注明“来源：100医药网”。其它来源的文章系转载文章，本网所有转载文章系出于传递更多信息之目的，转载内容不代表本站立场。不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。

87%用户都在用100医药网APP 随时阅读、评论、分享交流 请扫描二维码下载->

医药网新闻