21CC丨攻克癌症第一步,如何克服精準病理定位難題,飛秒物理學技術或成更好的選擇?

2021年12月23日09:05

原標題:21CC丨攻克癌症第一步,如何克服精準病理定位難題,飛秒物理學技術或成更好的選擇?

21世紀經濟報導記者 唐唯珂 廣州報導 在攻克惡性實體瘤的道路中,病理診斷是至關重要的一步。相當長時間以來,病理診斷缺少技術範式的更新。 癌症已成為威脅中國人健康的“頭號殺手”,每年的新發病例數和死亡人數居高不下,且占全球的比例(23.7%、30%)顯著超過中國人口占全球的比例(最新統計18.5%)。

病理診斷是癌症診斷的“金標準”,一方面目前國內的病理診斷儀器和耗材基本以進口為主,國家每年都需要花費上百億經費更新儀器和耗材。盡快實現高端醫療設備和高值耗材的自主化,成為中國醫療器械領域的重大課題。 一方面,據世衛組織國際癌症研究機構(IARC)的統計數據顯示,2020年中國新發癌症病例457萬例、死亡300萬例,分別占全世界的23.7%和30%。

相比於發達國家,中國癌症患者呈現發病年齡早、就診病期晚、存活率低的特徵。快速、精準地在病灶組織中發現腫瘤細胞的“蹤跡”,是治癒癌症的關鍵所在。 然而,受限於現有技術手段,病理醫生在實施癌症術中診斷時,面臨著巨大挑戰。隨著“飛秒激光無標記影像技術(簡稱:FLI技術)”應用在生命科學領域,行業發展或迎來新的方向。

01病理學現實困境

迄今為止,癌症診斷的黃金標準依然是組織病理學。 這是一種非常成熟的診斷方式,如福爾馬林固定技術起源於1893年,石蠟浸入技術於18世紀引入,化學染色方法遠溯至17世紀。

目前,組織病理學的提升主要在主要集中在兩大應用方向:一、活檢樣品製備:樣品準備速度的提高;二、人工智能(AI)病理診斷:輔助病理醫生製定診療方案。 但現有的病理學在疾病診斷和標誌物層面卻仍然面臨層層桎梏。

現有的癌症組織病理學檢測,需要繁複的活體組織樣本準備(包括冷凍、蠟化脫水、切片等)和染色的過程,往往需要數天時間,即使術中冰凍切片也需要半個小時以上,醫生才能去判斷切不切?切多少?切淨否? 而對於腫瘤外科手術來說,需要規避手術時間過長帶來的風險,減少醫療資源的消耗,必然就對術中診斷的速度和準確性提出新的要求。 組織病理學期待著技術上的突破和飛躍。

近年來,多模態分子影像技術受到越來越多的關注。該技術綜合多種成像方式,獲取生物組織多維度的信息,可增強對生物標誌分子檢測的敏感度和特異性,有效提高癌症診斷的準確率。在眾多成像技術中,飛秒激光無標記影像技術(簡稱:FLI技術)提供了全新的解決方案。

FLI基於前沿技術——飛秒激光。飛秒激光發明於20 世紀晚期,脈衝極短(10的負15次方秒),瞬間的峰值功率相當於全世界發電功率之和,同時可聚焦於比頭髮直徑還要小的空間區域。 這些特點使得飛秒激光成為研究微觀過程超快現象的有效手段。隨著1999年Ahmed H.Zewail以“飛秒化學”研究獲得諾貝爾化學獎,飛秒激光技術不斷成熟,在生物影像方面的應用得到了長足發展。利用飛秒激光與生物組織中不同標誌性分子產生的不同非線性現象,飛秒分子影像方法可為疾病檢測、診斷提供可靠依據。

02 如何破解癌症診斷痛點?

“簡單來說,這是一種全新的組織影像技術,不僅可以作為病理診斷時的參考依據,也可用於癌症術中的輔助決策。”飛秒研究中心創始人徐炳蔚向21世紀經濟報導記者說道。

據介紹,飛秒激光研究中心(廣州)有限公司FemtosecondApplications Research(簡稱:飛秒研究中心 FAR)已完成數千萬元Pre-A 輪融資,由遠毅資本獨家投資。本輪資金將主要用於推進飛秒無標記影像系統的研發與註冊報批,更多適應症的臨床研究拓展與AI算法開發。

FLI技術突破的優勢集中體現在,無需染色(標記)、無需切片、樣本無損耗,信息無損失。利用FLI 技術,組織樣本無需處理,直接放在顯微鏡上即可完成組織成像,縮短了樣本準備的時間,也節省了大量樣品製備的耗材成本。基於這樣的成像過程,組織樣本中的代謝信息得到了保留,加上共定位的成像特點,為腫瘤的相關研究提供了不可替代的觀測手段。

同時,FLI技術還可以控制飛秒激光進入組織樣品的深度,實現“光切片”的效果,成像厚度為現有切片標本的1/5-1/10,達到亞微米3D解像度,實現組織樣本的三維成像。 此外,人工智能(AI)影像分析是組織病理學發展的一個趨勢,FLI可生成標準化的數字影像,減少人為操作誤差,無縫對接AI分析。使得FLI成為提高病理醫生診斷效率、輔助臨床醫生快速決策的有力工具。 “目前第一個應用場景是乳腺癌術中輔助診斷。FLI可以理解為給人體組織照相的顯微數碼相機,不需要對人體組織切片、染色,不需要進行任何(外在)標記,通過對組織的掃瞄,就可以得到組織細胞影像。”徐炳蔚向21世紀經濟報導記者說道。

03 突破難點在哪兒?

科學家們使用單一或兩種模態,利用飛秒激光分子影像方法,對癌症或其他疾病的檢測和診斷,作出了多種嚐試。但受限於模態的數量,這些研究往往只能影像生物組織里的部分結構。

徐炳蔚向21世紀經濟報導記者表示:“目前推出的‘飛秒激光無標記顯微影系統’,可使用5種以上不同模態,同時採集雙光子自發螢光,三光子自發螢光,二次諧波,三次諧波等多個通道的獨立信號,實現了對更多生物標誌分子的影像,從而更準確地識別各種組織細胞結構,包括腫瘤的結構和細胞異形,以及膠原纖維骨架、彈性纖維、血管、淋巴管、細胞外囊泡等。這為科學地檢測、診斷癌症提供了更加強大的技術支援,有望成為一種全新的組織影像方法。”

但另一方面,新技術的發展必然需要經曆行業的適應階段,徐炳蔚向21世紀經濟報導記者坦言,FLI 技術在臨床應用端的推廣,必然是一個漫長的過程。 遠毅資本投資總監唐軼男向21世紀經濟報導記者表示, FLI技術不僅可以用於癌症和其它疾病的診斷,還可用於類器官培養與監測、藥效評估及預後預測等領域。通過不斷拓展應用領域,逐步開放核心技術解決方案,與夥伴共同打造FLI生態,飛秒研究中心將為行業帶來新的突破。

(作者:唐唯珂 編輯:朱萍)本文首發於21新健康(Healthnews21)

(作者:唐唯珂 )

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