能检测早期癌症 还能破解慢性病成因?

2017-05-20 00:13:01来源:人民网

能检测早期癌症 还能破解慢性病成因?

美国加州大学戴维斯分校科研团队研发了一种新型的PET扫描仪——“探险家”。研究证实,“探险家”与目前的PET检查相比,可将辐射剂量减少40倍,并仍然获得与现有扫描仪相同的影像信号。据悉,这项研究成果有望在早期癌症检验领域大显身手;而在医学研究的其他领域,如药品研发等方面同样潜力巨大。

PET(Positron Emission Computed Tomography),意为“正电子发射计算机断层扫描”,其工作原理是先向人体注入放射性物质,然后使用放射性粒子跟踪肿瘤和神经变性等疾病的迹象。据悉,PET扫描在早期疾病的诊断,尤其是在早期癌症的发现上具有独特优势,近些年这项技术为国际和国内医疗机构所逐渐采用。但现有PET扫描不乏争议:扫描范围比较小,且速度慢,因而被扫描者需承受较大的辐射剂量,甚至因此增加致癌风险。新的研究成果有望解决这一矛盾。

这项成果刊发于新近一期的顶尖学术刊物《科学·转化医学》上,并为《科学》杂志网站报道。

现有技术争论

非确定的检测结果已知的辐射风险

PET的历史不算短。早在上世纪七十年代,即有PET扫描仪进入临床。而近些年PET的普及,往往和CT相结合,也即所谓“PET—CT检测”。CT对我们来说并不陌生,其正式名称为“X射线计算机断层扫描,X—Ray computed tomography”,顾名思义,即用X射线透射人体,检测X射线穿过人体后剩余的射线量,经过计算机处理形成影像,能够得到相当详细的人体解剖图,极大地帮助医生作出诊断。

但对于早期癌症等病症,因肿瘤太小或尚无明显组织结构变化,根据CT或磁共振检测无法做出判断。但在理论上,PET能够分辨上述无明显结构变化的病灶:在进行PET检测前,需注射18F—FDG(氟代脱氧葡萄糖),这种药物将正电子核素氟18标记于葡萄糖。药物进入人体后,参与人体代谢,而恶性肿瘤理论上对于葡萄糖的消耗要超过正常细胞,因而会积聚大量正电子核素,形成“亮点”,从而被PET设备“捕捉”。

因能够满足大部分肿瘤的显像,18F—FDG被誉为“世纪分子”。另外,18F—FDG并非适用于所有癌症,针对前列腺癌、脑癌等也可使用其他药物。但值得注意的是,针对部分胃癌、前列腺癌、膀胱癌、肾癌等,PET检测效果并不如意。

此外,上述注射进人体的药物都具有放射性,其产生的辐射对人体可能产生潜在危害。2009年,北美放射学会学术刊物《放射医学》发表研究报告警告,全身PET—CT扫描伴随着大量的辐射剂量和癌症的风险。

而这种危害的多少,乃至与其查出疾病治疗的可能收益之间如何评估,医学界并未取得完全一致意见。

因对检测效果以及潜在放射性的质疑,目前不少医生都表示,不建议健康人使用PET—CT设备。而卫生部在2011年印发的《2011—2015年全国正电子发射型断层扫描仪配置规划》也强调,“严格医疗机构配置标准,加强准入管理,规范使用,保护患者合法权益。PET—CT检查阳性率不低于70%。”——换言之,面对可能的风险,医生只有在判断有极大可能(70%)疑似癌症时,才可使用此设备。

“探险家” 不仅仅是检测早期癌症

加州大学戴维斯分校科研团队的研究证实,“探险家”与目前的PET检查相比,可将辐射剂量减少40倍,并仍然获得与现有PET扫描仪相同的影像信号。“因此,我们的扫描仪可以用30秒完成目前需要20分钟才能完成的事情;或者可以大幅降低辐射剂量,以很少的辐射剂量进行扫描。”项目的负责人之一拉姆塞·巴达维教授表示。

减少辐射量的好处不仅仅是让健康人可以更小的风险进行早期癌症筛查,更重要的是,其在医学研究方面有着重要潜力。

“减少辐射剂量将使我们可以在长时间里反复扫描相同的受试者,以便我们更好地确定慢性疾病如关节炎、糖尿病和肥胖症的发病过程、原因和治疗方法。”拉姆塞·巴达维表示。

事实上,多位医学界人士告诉记者,人类对于很多病症特别是慢性病可谓“知其然,而不知其所以然”,对于其成因、发病过程均属“未知”。而“探险家”在大大减少辐射计量后,则可以通过对健康人群的大样本实验,试图“破解”疾病的病因。

项目的另一位负责人西蒙·切里教授表示,与传统的PET扫描仪相比,“探险家”的另一个优势是,其获得的影像范围更广,分辨率更高。“这样可以让我们更快地收集图像,从而显著减少扫描过程中因被扫描者运动造成的模糊。”

“探险家”的另一项可能大显身手的领域是药物开发,科研人员可以用PET“监控”药物如何影响机体。“或许,未来医药企业除了知道‘药物是否到达肿瘤部位’之外,还可以了解‘药物在肝脏中的剂量’。所以,它可以帮助我们筛选到更好的候选药物,从而降低临床试验的失败率。“切里表示。

“我们还可以对细胞疗法等医疗技术进行类似的监测。具体而言就是标记免疫细胞或者干细胞,通过PET扫描记录它们在身体内的活动,从而监控疗效和预后。”切里说。

未来 希望在3年内进入临床

巴达维还提到,“探险家”另一个应用方向是毒理学。他举例子称,很多纳米颗粒通过唇膏、防晒霜等进入体内,但是我们并不清楚它们对机体的影响。“现在,我们可以尝试利用持久示踪剂标记一些纳米粒子,‘探险家’在灵敏度增加的前提下,可以追踪到它们,且时间长度可以达到1个月。”

同时,因低剂量辐射带来的几乎无风险,“探险家”还能够介入孕妇及儿童的基础研究中,如研究胎儿大脑发育、儿童发育障碍等等。

就其个人而言,切里还表示希望这项技术被应用于多系统疾病的研究。切里表示,“探险家”的应用将极其广泛,“我相信,将来的医生和研究人员将以我们甚至从没想过的方式使用这项技术,那将非常令人兴奋。”研究团队预计,在2018年下半年,“探险家”将进行首次人体实验,而临床实验将在获得FDA(美国食品和药物管理局)批准后进行,团队希望在3年内进入临床。

从实验室到应用的距离并不算短。研究团队面临的一大问题是,“探险家”的造价将为现有扫描仪的5—6倍。另外的挑战是,基于“探险家”的高精度,为处理大量数据,他们仍需要改进和开发新的程序,以实现其全部功能。

■链接

中国科研团队研发“全数字PET”:

用PET检测早期癌症有望普及

4月底,华中科技大学生命学院谢庆国教授团队宣布,其“超高分辨率PET的开发和应用”项目取得重大成果,这台基于自主知识产权技术的“全数字PET”,有望推动面向癌症早期检测的PET检查向普及化发展。

据谢庆国介绍,该设备由300多个全数字PET探测模块组成,每个探测模块均使用先进的闪烁晶体及新型光电倍增器件。同时借助全数字采样和信号处理算法,其空间分辨率已达到2.2毫米,比当前进口设备的最高水平提升近一倍。

此前,该技术在武汉两家医院已完成200例临床试验。此外,在科研领域,该技术也已有成果产生:2010年,华中科技大学谢庆国教授带领团队研制出全球首台“小动物数字PET”,顾名思义,其比用于人体使用的PET设备要小很多,但采用了先进的数字PET技术。

依托数字PET技术,催生了不少科学成果。2017年3月,由武汉大学与华中科技大学联合研究的“基于超高分辨率PET的基础生物医学研究”项目,即利用“全数字小动物PET”对高脂饮食的小鼠进行全身动态成像,发现天然免疫重要分子CFLAR对肝脏的脂肪病变起到关键抑制作用。其为得出治疗非酒精性脂肪肝炎的科学理论,提供了一种活体的、动态的定量观测手段。

这项研究成果发表在顶尖学术刊物《自然·医学》上。《自然·医学》杂志认为,该研究是中国科学家在肝脏代谢性疾病研究领域的又一世界性重大突破,对理解非酒精性脂肪肝炎的发病机制提出了全新认识,为开发专门的靶向治疗药物奠定了理论基础,对这一重大慢性病的防治具有重要临床指导意义。


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责任编辑:李丝雨

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