為更多手術(shù)刀“引路”
我國熒光導(dǎo)航技術(shù)與設(shè)備需兩條腿一樣長
本報(bào)記者 陳 曦
隨著精準(zhǔn)外科理念的提出，術(shù)中導(dǎo)航技術(shù)逐漸被應(yīng)用于臨床，讓外科手術(shù)有了“地圖”的指引，不再“盲切”。而利用熒光術(shù)中導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行的熒光引導(dǎo)手術(shù)，其熒光分子探針能在術(shù)中實(shí)時(shí)點(diǎn)亮癌細(xì)胞，突破了傳統(tǒng)手術(shù)治療的精度極限。
近日，復(fù)旦大學(xué)張凡教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種具有高亮度的氮偶氮硼二吡咯烷刷狀大分子探針，其比之前報(bào)道的同類紅外二區(qū)熒光分子探針亮度高約10倍，同時(shí)具有很強(qiáng)的生物安全性，有望應(yīng)用于腫瘤的早期診斷和術(shù)中導(dǎo)航。相關(guān)成果在線發(fā)表在國際期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》上。
隨著精準(zhǔn)外科理念的提出，術(shù)中導(dǎo)航技術(shù)逐漸被應(yīng)用于臨床，讓外科手術(shù)有了“地圖”的指引，不再“盲切”。而利用熒光術(shù)中導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行的熒光引導(dǎo)手術(shù)，其熒光分子探針能在術(shù)中實(shí)時(shí)點(diǎn)亮癌細(xì)胞，突破了傳統(tǒng)手術(shù)治療的精度極限。
近幾年，熒光術(shù)中導(dǎo)航技術(shù)也在不斷升級，以便在手術(shù)中更精準(zhǔn)地為腫瘤定位，甚至可以揪出隱藏在人體組織深處的、更加微小的腫瘤。
熒光分子探針在術(shù)中為醫(yī)生精準(zhǔn)導(dǎo)航
“術(shù)中導(dǎo)航是在手術(shù)中通過影像學(xué)方法，將切除目標(biāo)的影像數(shù)據(jù)與手術(shù)中患者的解剖結(jié)構(gòu)，通過直接或間接的方法建立準(zhǔn)確對應(yīng)，并在手術(shù)中通過影像學(xué)持續(xù)、實(shí)時(shí)獲取被切除病變的形態(tài)、大小和邊緣等信息?！碧旖虼髮W(xué)醫(yī)學(xué)部教授張曉東表示，有了這樣的“活地圖”，就能使醫(yī)生對病變的解剖位置一目了然，從而實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)、快速和安全的全新外科手術(shù)操作。
術(shù)中導(dǎo)航系統(tǒng)最早應(yīng)用于神經(jīng)外科領(lǐng)域，近年來，隨著導(dǎo)航技術(shù)的不斷發(fā)展，其臨床應(yīng)用范圍已逐步擴(kuò)展到功能神經(jīng)外科、脊柱外科(骨科)、耳鼻喉科、整形外科、腫瘤科等。
“目前術(shù)中導(dǎo)航系統(tǒng)在腫瘤外科手術(shù)中的應(yīng)用非常廣泛?！睆垥詵|介紹，根治性手術(shù)切除是實(shí)體瘤治療的基礎(chǔ)，但在過去的幾十年中，手術(shù)技術(shù)并未發(fā)生根本改變。傳統(tǒng)外科腫瘤手術(shù)中，主要依靠醫(yī)生主觀評估組織結(jié)構(gòu)、顏色和觸感等來區(qū)分腫瘤與周圍正常組織，并盡可能完整地切除腫瘤。但這種方式難免存在腫瘤殘留或?qū)φ＝M織過度切除的可能。
而且在臨床手術(shù)中，現(xiàn)有醫(yī)學(xué)影像手段無法檢測到毫米級及以下微小腫瘤病灶，而這些微小病灶如果不能徹底清除又會(huì)引起腫瘤的復(fù)發(fā)及轉(zhuǎn)移，危及患者生命。因此要實(shí)現(xiàn)對腫瘤的徹底清除，光靠手術(shù)“活地圖”還不夠，還需要有更精準(zhǔn)的指引定位。熒光引導(dǎo)手術(shù)中的熒光分子探針由于能夠在術(shù)中實(shí)時(shí)點(diǎn)亮癌細(xì)胞，因此可以幫助醫(yī)生更精準(zhǔn)地判斷腫瘤邊界、發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移灶。
據(jù)張曉東介紹，醫(yī)生會(huì)先在患者體內(nèi)注射分子熒光染料，然后用近紅外鏡頭照射檢測區(qū)域，熒光染料進(jìn)入腫瘤細(xì)胞后，在外源性光源的激發(fā)下會(huì)發(fā)射出近紅外光，熒光導(dǎo)航設(shè)備將根據(jù)這種近紅外光和白外光的疊加，計(jì)算獲得腫瘤的實(shí)時(shí)影像，從而讓醫(yī)生通過顯示屏就能實(shí)時(shí)精確定位腫瘤。
“這種近紅外光其實(shí)就是人們常見的電視機(jī)遙控器上發(fā)出的那種光，在一定能量范圍內(nèi)，對人體傷害微乎其微；采用的熒光染料也比較安全，不會(huì)對人體產(chǎn)生副作用?！睆垥詵|介紹。
多方面努力實(shí)現(xiàn)核心元器件國產(chǎn)化
目前，熒光導(dǎo)航技術(shù)在我國的腫瘤手術(shù)治療中應(yīng)用非常廣泛，全國很多醫(yī)院都已經(jīng)開展這項(xiàng)技術(shù)。不過，目前國內(nèi)市場主要還是被歐洲、日本、美國等國家的設(shè)備、系統(tǒng)占據(jù)，國內(nèi)各大醫(yī)院使用的熒光導(dǎo)航設(shè)備仍以國外進(jìn)口為主。
“其實(shí)我們國家熒光導(dǎo)航技術(shù)水平并不落后于歐美國家，甚至在紅外二區(qū)、長波長等熒光導(dǎo)航領(lǐng)域最前沿的技術(shù)方面還走在世界前列，有幾項(xiàng)研究已經(jīng)進(jìn)入到了人體實(shí)驗(yàn)階段?！睆垥詵|說，無論是技術(shù)水平還是研發(fā)速度，我國與國外相比都不遜色。
同時(shí)，科研人員也不斷優(yōu)化熒光分子探針的性能，小分子自組裝納米探針結(jié)合了小分子的簡單性和納米顆粒增強(qiáng)的腫瘤聚集性，可以減少或消除不良的“生物污垢”，以減緩清除速度并避免不良的免疫反應(yīng)。
“在熒光導(dǎo)航領(lǐng)域，我們國家起步比較晚，雖然前沿技術(shù)方面并不落后，但是在這個(gè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)還比較薄弱，很多核心元器件和零部件都需要進(jìn)口?！睆垥詵|透露。
“未來，要想在熒光導(dǎo)航領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)核心元器件和零部件的國產(chǎn)化，我國還需要在3方面進(jìn)行努力?！睆垥詵|說。
首先，要在熒光導(dǎo)航的硬件方面取得突破，提高基礎(chǔ)元器件和零部件的精細(xì)度，上下游企業(yè)配合起來，形成一條完整的產(chǎn)業(yè)鏈。
其次，應(yīng)圍繞紅外二區(qū)、長波長等前沿技術(shù)，攻克深組織成像技術(shù)，同時(shí)匹配相應(yīng)的熒光造影劑，實(shí)現(xiàn)這一領(lǐng)域的快速發(fā)展。
再次，要開展智能化研究，把熒光導(dǎo)航技術(shù)與AI技術(shù)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)硬件和軟件的智能化。比如通過人工智能收集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在手術(shù)前輔助醫(yī)生進(jìn)行預(yù)判等。“人工智能會(huì)使熒光導(dǎo)航這項(xiàng)技術(shù)擁有更廣闊的發(fā)展前景，會(huì)使疾病診斷更加精準(zhǔn)、便捷。”張曉東如是說。
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設(shè)備、算法和熒光分子探針是熒光成像關(guān)鍵
張曉東表示，熒光成像的關(guān)鍵在于穿透深度和信噪比。要實(shí)現(xiàn)更高的組織穿透深度和更高的信噪比，就需要不斷升級導(dǎo)航成像設(shè)備、算法和熒光分子探針這三方面的技術(shù)。
在導(dǎo)航成像設(shè)備和方法方面，目前比較有潛力的研究為紅外二區(qū)成像，該技術(shù)是由美國斯坦福大學(xué)戴宏杰院士發(fā)明的成像技術(shù)。它比傳統(tǒng)熒光導(dǎo)航技術(shù)使用的波長更長，能達(dá)到1000—1700納米。目前，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)用于腫瘤免疫治療、神經(jīng)科學(xué)等領(lǐng)域。“波長越長，能看到的位置就會(huì)越深，信噪比也更大，最終影像也會(huì)更加清晰?！睆垥詵|解釋。
硬件的發(fā)展，還需要與之相匹配的軟件，靈敏高效的定位也離不開精密的算法。比如中國科學(xué)院自動(dòng)化所田捷教授就整合了醫(yī)學(xué)影像處理技術(shù)、分析技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)，搭建了靈活可用的整體計(jì)算框架。熒光分子探針方面，目前我國也有1000—1700納米的紅外二區(qū)熒光分子探針正在逐步研發(fā)中，中國科學(xué)院蘇州納米所的王強(qiáng)斌教授、復(fù)旦大學(xué)張凡教授等都在紅外二區(qū)探針的研究方面取得了豐碩的成果。