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  • Science Advances:新的可穿戴設備可以測量皮膚下腫瘤的大小變化

    【字體: 時間:2022年09月20日 來源:Science Advances

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      電子敏感的皮膚狀膜可以測量腫瘤大小的變化,精確到百分之一毫米。它代表了一種新的、更快、更準確的癌癥藥物篩選方法。

      

    斯坦福大學的工程師們發明了一種小型自主裝置,它帶有一個可伸縮/可彎曲的傳感器,可以附著在皮膚上,測量下面腫瘤的大小變化。這種非侵入式、電池驅動的設備的靈敏度為百分之一毫米(10微米),只需按下一個按鈕,就可以將結果實時無線傳輸到智能手機應用程序中。

    在實踐中,研究人員說,他們的設備被稱為FAST,意為“靈活自主傳感器測量腫瘤”,代表了一種全新的、快速、廉價、免提和準確的方法來測試癌癥藥物的療效。在更大的范圍內,它可能為癌癥治療帶來有前途的新方向。

    每年,研究人員都在患有皮下腫瘤的老鼠身上測試數千種潛在的抗癌藥物。很少能用于人類患者,而且尋找新療法的過程非常緩慢,因為測量藥物治療后腫瘤消退的技術需要數周時間才能讀出反應。腫瘤固有的生物學變異,現有測量方法的缺點,以及相對較小的樣本量,使得藥物篩選困難和勞動密集型。

    “在某些情況下,觀察中的腫瘤必須用卡尺手工測量,”該研究的第一作者、斯坦福工程學院鮑哲安實驗室的博士后亞歷克斯·艾布拉姆森(Alex Abramson)說。

    使用金屬鉗狀卡鉗測量軟組織并不理想,放射學方法不能提供實時評估所需的連續數據。FAST可以在分鐘-時間尺度上檢測到腫瘤體積的變化,而卡鉗和生物發光測量通常需要數周的觀察時間才能讀出腫瘤大小的變化。

    FAST的傳感器由一種柔性和可拉伸的皮膚狀聚合物組成,其中包括一層嵌入的黃金電路。該傳感器連接到一個小型電子背包,由前博士后和合著者Yasser Khan和Naoji Matsuhisa設計。該設備測量薄膜的張力——薄膜拉伸或收縮的程度——并將數據傳輸到智能手機。使用FAST背包,與腫瘤大小退化相關的潛在治療方法可以快速、自信地排除無效或快速追蹤進一步研究。

    研究人員表示,這種新設備至少有三個顯著的進步。首先,它提供持續監測,因為傳感器與鼠標物理連接,并在整個實驗期間保持原位。其次,柔性傳感器將腫瘤包裹起來,因此能夠測量其他方法難以識別的形狀變化。第三,FAST具有自主性和非侵入性。它與創可貼一樣,與皮膚相連,由電池供電,并通過無線方式連接。鼠標可以自由移動,不受設備或電線的干擾,科學家不需要在放置傳感器后主動處理鼠標。FAST包也是可重復使用的,組裝只需60美元左右,可以在幾分鐘內連接到鼠標上。

    突破在于FAST的柔性電子材料。在這種皮膚狀聚合物的表面覆蓋著一層黃金,當它被拉伸時,就會產生小裂縫,從而改變材料的導電性。拉伸材料和裂紋數量增加,導致傳感器中的電阻也增加。當材料收縮時,裂縫重新接觸,導電性提高。

    Abramson和合著者東京大學的副教授Naoji Matsuhisa描述了這些裂紋的擴展和導電性的指數變化如何在數學上與尺寸和體積的變化相等。

    研究人員必須克服的一個障礙是,傳感器本身可能會對腫瘤施加不適當的壓力,有效地擠壓腫瘤,從而影響測量結果。為了規避這種風險,他們仔細地將柔性材料的機械性能與皮膚本身相匹配,使傳感器像真正的皮膚一樣柔韌。

    “這是一個看似簡單的設計,”艾布拉姆森說,“但這些內在的優勢應該會讓制藥和腫瘤學團體非常感興趣。FAST可以顯著加快、自動化和降低癌癥治療篩選過程的成本!

    原文檢索:

    Abramson et al., Sci. Adv. 8, eabn6550 (2022)  DOI: 10.1126/sciadv.abn6550

     

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