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402com永利平台:依傍癌细胞真实的生存遭受,电

2019-07-15 21:10

NASA 家的电子鼻,除了可以用来采样检测航天飞机、太空站中的空气质量之外,最近则是有了个同样别具意义的用途。这位『好鼻师』本身的毒物浓度侦测范围,是从 1 ppm 到 10,000 ppm,如此弹性的嗅觉,也让科学家将他拿来『嗅』一般细胞跟癌细胞间的不同;而在实验的过程中(包括脑细胞跟其它器官),也证实了电子鼻确实可以闻出一般细胞跟癌细胞间的不同。目前已经有包括 Brain Mapping Foundation、City of Hope Cancer Center、Jet Propulsion Laboratory 等研究单位参与该项技术的测试,而根据该实验的结果,科学家则是希望能够对于更有效的区分、侦测脑癌细胞跟正常细胞,同时也为将来更深入的脑癌细胞病理研究铺路。 [402com永利平台,出自 Slashdot;图片引用自 RSC][原文连结]

核心提示:美国最新研究发现,美国航天局用来监测国际空间站和航天飞机内某种气体成分的电子鼻,还可以用来检测大脑癌细胞。据美国最新研究发现,美国航天局用来监测国际空间站和航天飞机内某种气体成分的电子鼻,还可以用来检测大脑癌细胞。据美国媒体日前报道,这种名为“Enose”的电子鼻是由美国航天局喷气推进实验室研发的,设计目的是用它探测航天飞机和国际空间站出现的微量的氨渗漏问题。一个由神经外科、癌症以及航天领域专家组成的研究小组,在利用这种电子鼻研究大脑癌细胞转移时发现,电子鼻能够区分健康细胞和癌细胞的不同“味道”,从而使医务人员能准确判定癌细胞群的具体位置,避免其与周围健康细胞发生混淆。研究小组负责人、加利福尼亚州杜阿特医学中心科学家巴巴克·卡提卜说,这种仪器是利用高分子膜研制的,这种膜遇到不同物质,电导率就会发生变化。各类细胞的“味道”其实包含了不同物质,通过分析这些物质引起的高分子膜电导率变化,就能分析出这些物质的成分,从而区分出癌细胞。卡提卜认为,这项刚起步的研究为未来发现和监测大脑癌变及其病理学研究提供了新方法。

关注癌症诊疗报道的人可能会发现,近些年来不断有关于嗅癌犬的报道。这类报道可能让人觉得既有趣又将信将疑。而实际上,不但有研究机构一直在进行嗅癌犬的训练,还有很多科学家在努力研制可以嗅出癌细胞的电子鼻。 癌细胞的确有“气味” 可能有人会问,癌细胞的确会散发出特殊气体,在人体外都可捕捉到吗? 从理论上分析,人体细胞在癌变过程中,会产生一系列物理、化学和生物特性的变化,从而出现一些可以观测到的物理、化学和生物信息,如细胞形状和表面温度等变化、细胞代谢中产生某些气体和离子等。而在细胞的形状和温度等变化不能提供足够的观测信息量时(如细胞的早期癌变过程),一些特异性化学和生物信息可以提供诊断依据。 例如,肺癌细胞在早期癌变时没有明显的形态变化,传统的X线、电子计算机断层扫描、磁共振断层扫描以及镜检等检测手段,还难以发现细胞及器官组织的形态变化;而此时癌变细胞在代谢方面已与正常细胞有异,会产生一系列特殊化学物质,可据此进行初步诊断。 由于细胞的代谢产物会进入人体的组织液和血液,并可随尿液、汗液及呼吸气体排出体外,因此通过相应检测就可能反映出人体内是否有肿瘤细胞存在,以及细胞的癌变过程甚至确定肿瘤细胞的位置。如通过检测人体的呼出气体可以诊断肺癌、呼吸道癌和胃癌等。上述研究近年来在国际上不断有报道。 电子鼻与嗅癌犬 电子鼻技术是一种仿生技术,它模仿了人体和动物的嗅觉机理。 嗅觉是物质气味分子的识别过程:气味分子进入鼻腔后,先到达嗅觉感受神经细胞,感受到的信息经感受神经细胞的轴突到达嗅球,对信息进行调节和抑制,最后的气味信息经大脑中枢产生相应的判断和反应。 电子鼻是采用特异性气体传感器组成阵列作为气味分子的感受器,配合计算机的模式识别功能设计而成的仿生电子或光电仪器。由于不同气体传感器会产生不同响应,从而会产生不同的气味图谱。经过计算机的模式识别后可以判断被测气味的种类和浓度。 目前,电子鼻技术在朝着集成化、微型化和智能化的方向发展。 但是,体液及呼出气体中与某种肿瘤或癌细胞对应的特异性生物化学标志物(Biomarkers)的确定比较困难,能够精确检测出上述生物化学标志物的手段也不成熟或代价过高,因此到目前为止,精确诊断癌细胞的电子鼻仪器还难以进入临床应用。 狗等动物的嗅觉灵敏度要高于目前的电子鼻约1000倍以上,同时,训练过的狗具有优良的气味记忆和识别功能,因此国外一些研究机构一直在训练狗通过嗅觉来诊断癌症患者,甚至是确定特定癌细胞挥发出的特殊气体。但同样因为上述生物化学标志物不确定,而且狗的训练成本和实际应用存在问题,目前笔者还没有了解到真正临床使用的嗅癌犬。 国内外的一些电子鼻 美国宇航局报道说,用电子鼻辅助外科医生确定病人颅腔打开后癌组织的位置。该位置在手术前已通过CT等设备进行过检测,但开颅后,靠目测将脑组织与癌细胞区别开来很不容易。使用电子鼻,医生可以更准确地将脑组织与癌细胞区别开来,并在不破坏健康部分的情况下把癌组织切除。从辅助诊断意义上说,电子鼻技术是能够做到这一点的。 应该说,要确定癌变组织的准确位置,需要电子鼻具有非常高的灵敏性和特异性以及稳定性,从而通过建立癌细胞的气味与电子鼻的二维或三维响应空间数据的准确定量关系,通过一定的智能识别算法,确定出癌变组织或细胞的精确位置。 但由于目前癌变组织和细胞挥发出的特异性气体非常微量,其分子成分还难以精确定量,且目前电子鼻的灵敏度、特异性和稳定性尚待进一步提高,因此,该电子鼻的临床应用还值得进一步关注。 我国目前的研究基本是在跟踪国际研究前沿,并在此基础上有所发展和创新。如浙江大学生物传感器国家专业实验室,十多年来,在采用仿生设计方法设计的柔性电子鼻和仿生识别算法,采用活体嗅觉细胞、细胞网络以及嗅觉受体作为感受器的生物电子鼻,以及开发无创诊断糖尿病和肺癌的呼吸诊断电子鼻等方面取得显著进展。在电子鼻诊断肺癌方面,目前与浙江大学邵逸夫医院的合作已进入临床实验阶段。 开发新型敏感材料是关键 电子鼻是电子以及光电技术、材料科学、人工智能、仿生技术等相结合的综合技术,其关键在于气体传感器的优良特性和精确的信号识别能力,而气体传感器的特性又取决于敏感材料的灵敏性、特异性和稳定性。因此,开发新型高性能的气体敏感功能材料,特别是具有高灵敏性、特异性和稳定性的仿生敏感材料是电子鼻发展的关键。 为进一步提高诊断的可靠性,需要提高对癌变组织或细胞挥发出的气体样本采集的准确性,去除人体环境以及周围环境的干扰和影响,精确采集的样本量,正确判断人体的差异性等。这一系列的自动化处理技术将带来诊断成本增加和操作的困难,但由于具有无损无创和简易快速的特点,电子鼻用于癌症诊断在未来的临床应用中将有广阔的前景。 值得一提的是,除了癌症诊断,电子鼻在其他领域会具有更加明显的优势。如电子鼻最早进入市场是在食品及药品质量检测领域。如美国开发出的z-Nose、德国开发出的PEN2等电子鼻已经被应用于食品筛选和药品分类等。未来的电子鼻也将在环境质量检测、毒品检测以及更广泛的应用领域获得推广应用。(王平/教授、博士生导师,浙江大学生物传感器国家专业实验室副主任,生物医学工程教育部重点实验室副主任)2008-9-23

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撰文丨Anne Trafton

翻译丨董依明

审校丨杨心舟

通常,对抗癌药物的研究都会先在实验器皿中进行,然后才在动物或人身上进行测试。但近些年大家逐渐意识到,实验室内癌细胞的生长环境与自然状态下肿瘤细胞的生长环境并不吻合,这种差异可能会导致实验结果产生误差。

组织液是存在于细胞周围间隙的液体环境。在一项新的研究中,麻省理工的生物学家分析了胰腺癌细胞的组织液,发现其与实验室培养基的成分并不相同,而且也不同于用于营养供给与废物排出的血液成分。

“培养基的成分与组织液越相似,我们就能更准确地对抗癌药物进行研究。”Matthew Vander Heiden说道,他是麻省理工学院生物学副教授,也是 Koch 综合癌症研究所的成员。

“很明显,培养癌细胞的微环境很重要,但我认为现在已经转向基因分析技术来开展癌症研究,人们通常会忽略“培养环境”的问题。”Vander Heiden说,他是该研究的主要作者之一。

环境很重要

癌细胞代谢的方式与大多数细胞不同,这种特殊的营养获取策略可以让癌细胞获得生长所需的原料,不断分裂形成更多的癌细胞。近年来,科学家们一直致力于开发干扰癌细胞代谢的药物,并在2017年批准了一种用于治疗白血病的药物。

在培养皿中测试药物对癌细胞生长的干扰能力至关重要。通常,培养基需要碳源,氮源,还有一些其他的营养素。然而过去几年,Vander Heiden的实验室发现,药物在培养基与小鼠模型中对癌细胞的作用效果并不相同。

Whitehead 研究所的成员兼麻省理工学院生物学教授David Sabatini也发现,对比药物对两种培养基中癌细胞的影响:类似人体血浆成分的培养基与传统培养基,产生的结果也不同。

“世界各地的类似结果都表明,癌细胞的生长环境对实验结果的确很重要,” Vander Heiden说。“这倒给我们提了个醒,要真正了解癌症细胞依赖怎样的条件生存,我们必须将其培养在准确的环境中。”

为此,研究团队最终决定对组织液的成分展开研究,组织液可以吸收毛细血管扩散到血液中的营养物质,其组成成分并不是与血液完全一样。而在肿瘤细胞之间的组织液成分差异就更大,因为肿瘤中的血液供给不如正常组织。

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于是,特别缺乏营养素的胰腺癌成了实验的对象。研究人员将组织液从小鼠胰腺肿瘤中分离,使用质谱法测量了其中100多种营养素的浓度,发现组织液的组成与血液的组成不同(并且通常与培养基的组成也不同)。研究结果显示,肿瘤组织液耗尽的一些营养素是对免疫细胞功能很重要的氨基酸,包括精氨酸,色氨酸和胱氨酸。

但并非所有营养素都在组织间液中耗尽,里面有一些营养素甚至更为丰富,包括一些由癌细胞产生的氨基酸,如甘氨酸和谷氨酸。

癌细胞的位置很重要

将胰腺肿瘤细胞的生长与肺癌细胞进行对比,研究人员发现组织液的成分会因肿瘤在体内的位置而异;而在相同位置生长,但基因组成具有差异的癌细胞,它们的组织液也存在轻微差异;然而实验发现,“基因”并没有“肿瘤位置”具有那么大的影响。“组织间液中营养素的成分,主要是由肿瘤内癌细胞与非癌细胞之间的相互作用决定的。”Vander Heiden说道。

科学家此前发现,癌细胞可以通过募集那些非癌细胞帮助重建肿瘤周围的环境来保证癌细胞的存活和传播,包括支持性基质细胞和免疫细胞。Vander Heiden的实验室和其他研究小组正致力于开发模拟肿瘤组织间液的培养基,力求探索在这种环境中生长的肿瘤细胞,是否可以用于更准确地预测癌症药物如何影响体内细胞。

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