研究人员距离为癌症患者提供个性化医疗又近了一步
普渡大学的研究人员首次证明，测量活体癌症组织中的机械运动是预测化疗耐药性的一种可行且有前途的方法
化疗可以挽救生命，但癌症患者通常可能对其处方化疗产生耐药性，这会花费患者宝贵的时间。化疗耐药是研究人员需要更好地理解的一个话题，以便他们能够为正确的患者匹配正确的化疗类型，这被称为个性化医疗。
兽医科学家和物理学家的不寻常组合相信他们检测化疗耐药性的方法可能成为个性化医疗的新标准。他们的方法出人意料：多普勒超声。许多人可能都听说过多普勒一词，无论是从检测风暴活动的天气预报还是第一次看到未出生的孩子的准父母中。
现在，普渡大学的物理学家和兽医科学家团队正在使用超声波来检测癌细胞对化疗的反应。他们目前在印第安纳大学医学院的人体 2 期临床试验中拥有个性化化疗检测方法，并且也在犬类试验中使用该方法。这一概念于 2015 年由普渡大学的三名研究人员提出：首席研究员兼爱德华·M·珀塞尔物理学和天文学杰出教授David Nolte、基础医学教授John Turek和比较肿瘤学教授Michael Childress。诺尔特来自普渡科学学院物理和天文学系，图雷克和柴尔德里斯来自普渡兽医学院。这三人都是普渡大学癌症研究所的成员，并在《科学报告》上发表了他们的发现。本文作者还包括诺尔特大学的三名学生——前博士生Zhen Hua和Zhe Li，以及现任博士生Dawith Lim——以及印第安纳大学医学院的Shadia Jalal医学博士团队、Ali Ajrouch和艾哈迈德·卡卡什。
“普渡大学开发的技术可以测量癌细胞内部的运动，以及当细胞接触抗癌药物时这些运动如何变化，”诺尔特解释道。 “因为运动是细胞‘机器’的结果，对化疗有积极反应的患者与没有反应的患者对药物表现出不同的机械反应。这有可能识别化疗不成功的患者，以便他们能够接受更有效的治疗。”
这项被称为生物动力学成像 (BDI) 的技术已经用于癌症治疗开发了八年多。该团队之前发表了他们的研究结果，指出该技术显示出识别化疗耐药性的潜力，但仅限于相当有限的疾病条件。这就提出了一个问题：BDI 是否只对特殊情况有用。
“目前的研究表明，BDI 实际上是一种通用且稳健的技术，”诺尔特说。 “它在两个物种(人类和犬类)和两种疾病(淋巴瘤和食道癌)中显示出相似的结果。这首次提供了强有力的证据，证明测量活体癌症组织中的机械运动是预测患者化疗耐药性的一种可行且有前景的方法。”
在癌症研究中使用多普勒的概念似乎不太可能出现。诺尔特表示，这项技术的概念和过程源于基础科学实验。他说，这个概念是通过偶然性和缓慢而稳定的进展进行微调的。
“我们开始在实验室中培养癌症组织培养物，因此最终很自然地转向来自患者的新鲜肿瘤，”他解释道。 “多普勒测量是我们在实验过程中进行的，因为我们注意到了我们最初没有预料到的有趣的动态效应。”
这个团队早在二十多年前就已成立。早在 1999 年，普渡大学负责研究的执行副校长办公室就主办了一次会议，与会者都是对成像各个方面感兴趣的普渡大学教员。
“博士。 Nolte 和我在那次会议上见面，我们开始研究使用我在实验室培养的 3D 肿瘤球体(培养中生长的小肿瘤)技术，”Turek 说。 “随着技术的发展，我们对肿瘤球体进行了多年的研究。当需要转向患者源性肿瘤时，我们联系了 Childress 博士，并使用来自犬淋巴瘤患者的样本来追踪他们对药物的反应。为了确定将该技术应用于人类样本的可行性，有必要对犬类样本进行研究。我们从犬类样本转向人类样本。我们与印第安纳大学医学院的 Shadia Jalal 博士的合作是这项研究的宝贵且关键的组成部分。”
Childress 说：“与实验室小鼠的肿瘤相比，使用犬类肿瘤的主要优点是前者更好地代表了人类癌症的异质性。” “虽然我们研究的所有狗都患有相同的癌症类型——淋巴瘤，但每只狗的癌症都是独一无二的，有些对化疗更敏感，有些对化疗更耐药。这提供了一个理想的动物模型，可以在将 BDI 等预测技术推进人体试验之前对其进行研究。”
所有生物体内的细胞都有非常精细调节的工作机器。当外界影响干扰细胞机制时，机械运动就会发生变化。如果科学家能够发现癌症对治疗敏感的患者与对治疗不敏感的患者之间的这些变化存在差异，他们就可以了解这些特征并用它们来预测未来患者的化疗耐药性。
“更深层次的问题是签名的含义，”诺尔特解释道。 “化学耐药性的特征可以用细胞和组织信号通路的变化，甚至基因表达的变化来解释吗?这个问题很难回答，但我们目前正在通过将我们的测量结果与基因表达谱进行比较来解决这个问题。我们还使用在细胞中具有已知行为的参考化合物，并且我们可以将我们的测量结果与这些药物下发生的已知变化进行交叉参考。这部分研究是长期的。”
诺尔特说，普渡大学大力支持跨学科研究，这对此类研究的发展有很大帮助。再加上普渡大学兽医学院小动物医院的帮助，该团队能够安排对犬类患者进行临床试验。既然他们已经收到了这些有希望的结果，该团队预计癌症研究的下一个巨大飞跃将包括“前瞻性”2 期试验。
“当前的第 2 阶段是回顾性的，使用 BDI 对患者的临床反应与预测的反应进行交叉验证。下一步是‘前瞻性’的 2 期试验，这意味着我们将在化疗开始之前预测患者的反应，”Nolte 说。
这项研究的部分资金来自国家科学基金会 (NSF) CBET(化学、生物工程、环境和运输系统部门)、养犬俱乐部犬类健康基金会和普渡大学癌症研究所。
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