每一年，世界各地的研究人员都会在皮下肿瘤小鼠模型身上测试数以千计的潜在抗癌药物。但其中只有极少数药物能够进入人体临床试验，而且这些寻找新药物的过程很慢。其中原因之一是，需要花费数周时间才能检测出这些潜在抗癌药物对肿瘤消退的效果和数据。肿瘤特有的生物学特点、现有检测方法的缺点，以及相对较小的样本量，使得药物筛选不仅困难，而且劳动密集。
2022年9月16日，斯坦福大学鲍哲南团队在 Science Advances 期刊发表了题为：A flexible electronic strain sensor for the real-time monitoring of tumor regression 的研究论文。
该研究开发了一种小型自主设备，该设备带有可拉伸/柔性传感器，可以粘附在皮肤上以测量下方肿瘤大小的变化。这种非侵入式、电池供电的设备检测精度高达1/100毫米（10微米），只需按一下按钮，即可将结果实时无线传输到智能手机App上。
研究团队将该设备命名为——FAST（Flexible Autonomous Sensor measuring Tumors，灵活的自主传感器测量肿瘤），代表了一种全新、快速、廉价、免提和准确的抗癌药物疗效测试方法。长远来看，这可能会为癌症治疗带来有希望的新方向。
鲍哲南，1991年本科毕业于南京大学，1995年博士毕业于芝加哥大学，之后进入贝尔实验室任职，2001年获得贝尔实验室杰出研究人员称号。2004年进入斯坦福大学化学系任教。2011年获得影响世界华人大奖，2015年被选为《自然》杂志年度十大人物，2016年当选美国国家工程院院士，2017年获得世界杰出女科学家成就奖，2018年成为斯坦福大学化学工程学院院长，2021年当选美国艺术与科学院院士。
很多情况下，在验证抗癌药物动物实验效果时，必须使用游标卡尺来手动测量肿瘤的尺寸变化，但金属卡尺测量肿瘤这种软组织的效果并不理想。而基于放射学的检测方法，无法提供实时评估所需的连续数据。
在这项最新研究中，研究团队开发了一种灵活可拉伸的皮肤状聚合物膜组成的传感器，其中嵌入了集成电路，将传感器连接到一个小型电子背包上。通过检测聚合物膜的拉伸或收缩的程度，将实时变化数据传输到智能手机 App 上。
使用这种设备，能够实时监测肿瘤大小变化。从而快速且准确地排除无效的治疗方法/药物，或快速跟进有效的疗法/药物。
该设备可以在分钟时间尺度上监测肿瘤体积的变化，而游标卡尺和生物发光监测通常需要数周的观察期才能读出肿瘤大小的变化。
研究团队表示，这款名为 FAST 的肿瘤实时监测设备至少有三个方面的重大进步：
首先，FAST 提供了连续监测，其传感器与小鼠物理连接，并在整个实验期间保持在原位。
其次，FAST 的柔性传感器包裹着肿瘤，因此能够测量其他方法难以辨别的形状变化。
第三，FAST 既是自主的又是非侵入性的，通过电池供电并无线连接，小鼠可以不受设备或电线的阻碍而自由移动。
此外，FAST 可以重复使用，组装成本仅60美元左右，只需几分钟时间就能快速部署到小鼠身上。
之所以能实现这些突破，主要在于 FAST 所使用的柔性电子材料，其皮肤状的聚合物膜上涂有一层金，当聚合物膜被拉伸时，这些金涂层会产生细小裂缝，从而导致材料的电阻增加、导电性降低；当聚合物膜收缩时，这些裂缝会重新连接，材料导电性提高。通过这种方式，将小鼠皮下肿瘤体积的大小变化转化为更易检测和记录的电信号变化。
该设备在实际应用过程中，还要解决一个问题，就是传感器本身可能对肿瘤施加过度的压力从而影响测量结果。为了避免这种担忧，研究团队将柔性材料的机械性能与皮肤本身相匹配，使得传感器像真实皮肤一样柔顺且柔软。
研究团队将 FAST 与传统检测肿瘤体积的方法进行了头对头比较，结果显示，在口服抗癌药厄洛替尼（Erlotinib）的肿瘤小鼠模型中，FAST 能够更快检测到小鼠肿瘤体积的减小。
总的来说，该研究开发的 FAST 设备，代表了一种全新、快速、廉价、免提和准确的抗癌药物疗效测试方法。长远来看，这可能会为癌症治疗带来有希望的新方向。
鲍哲南团队近期研究成果：
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论文链接：
www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn6550
转自：“生物世界”微信公众号
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