摘要：来自斯坦福大学的研究团队设计并制造出了一种新型可穿戴设备，这种新型设备带有可拉伸且灵活的传感器，可以通过粘附在人体皮肤上实时测量和记录患者的肿瘤大小。传感器的实时数据能够让研究人员通过连续记录肿瘤大小的变化，来跟踪给定药物的即时药效学反应，进而实现有效治疗。
在肿瘤治疗过程中，评估治疗效果是一个关键性问题，而能够实时监测肿瘤大小变化的工具又是评估癌症疗法的关键所在。因此，开发出可有效监测肿瘤大小变化的设备至关重要。据此，来自斯坦福大学的研究团队提出了一种可拉伸的肿瘤体积传感器，能够有效读取患者的癌症治疗效果。
利用电子材料，研究人员设计了一种可穿戴的应变传感器，可以测量和记录患者肿瘤体积随时间而发生的变化。在肿瘤模型中，这一传感器能够在体内治疗开始后数小时内辨别药物治疗所带来的肿瘤体积动态差异。这种非侵入式、电池供电的设备即使对微小的变化也很敏感，只需要按一下按钮，即可将结果实时无线传输至智能手机应用程序上。该项研究成果以“A flexible electronic strain sensor for the real-time monitoring oftumor regression”为题，发表在权威期刊Scidence Advances上。
图1 研究成果（图源：[1]）
FAST传感器是通过在苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯滴铸层的顶部沉积50 nm的金层制成的，由于其是完全灵活和可拉伸的，因此很容易随着肿瘤的进展而发生扩张或收缩。对于该传感器来说，当施加应变时，金层中的微裂纹彼此失去接触，增加了通过传感器的电子路径长度的曲折度。传感器中电阻的相对变化跨越两个数量级，因为它从0%拉伸到75%应变，并且可以检测到低至10微米尺度分辨率的变化。
为该传感器定制设计的印刷电路板和手机应用程序只需按下按钮即可实现实时和历史传感器读数。此外，研究人员为FAST传感器设计了一个3D打印的外壳机制，以确保传感器和印刷电路板合适地贴合在鼠标上并准确记录肿瘤体积的扩张或收缩。
图2 测量肿瘤体积变化的传感器设备（图源：[1]）
为了验证其在体外辨别形状体积变化的能力，研究人员测量了传感器放置在3D打印模型肿瘤顶部时的输出结果，他们发现，传感器记录了体积小至65mm3和大至750mm3的肿瘤体积读数的显著变化。
随后，研究人员再次验证了传感器在体内测量肿瘤体积变化的准确性和有效性。在两种癌症模型中进行的体内测试表明，与单独服用药物或载体的小鼠相比，FAST传感器检测到小鼠接受治疗5小时内肿瘤生长和收缩动态的统计学显著变化。
接着，研究人员还以厄洛替尼为例，评估接受治疗期间FAST传感器测量小鼠体内肿瘤体积变化的情况。结果显示，与其他需要数天才能辨别生物学显著差异的测量技术相比，FAST传感器几乎是在接受药物治疗后就可以立刻监测到肿瘤体积扩张或收缩的情况变化。在治疗期间，研究人员分析了动物运动对传感器施加的机械应力的影响，并评估了传感器对肿瘤施加的机械应力的影响。佩戴传感器时，在整个研究期间动物都可以自由移动、饮食和进水，此外，研究人员也证实了传感器对小鼠体内肿瘤体积的变化没有任何影响。
图3 厄洛替尼治疗的HCC827肿瘤的组织学证实了FAST 传感器可快速监测肿瘤体积变化（图源：[1]）
研究的最后，研究人员使用实验性免疫疗法对Balb/c小鼠的A20B细胞淋巴瘤实体瘤模型进行了传感器表征，以证明传感器监测在多种肿瘤模型和治疗方式中的准确性和有效性。最终发现，传感器可以在多种肿瘤模型和多种治疗方式下监测肿瘤体积的变化。
对此，研究人员表示，他们此次设计出来的微型设备——测量肿瘤的灵活自主传感器（FAST）代表了一种全新、快速、便宜、便携和准确的测试抗癌药物疗效的方式。从长远来看，这种微型设备可能会为癌症治疗带来有希望的新方向。这种监测设备不仅可以准确、快速、便携地测试抗癌药物功效，而且也可以显著降低癌症治疗筛查过程的成本。
撰文|木子久
排版|风立宵
