个性化医疗的挑战

作者: Moritz Kneipp 博士,液体流量传感器产品经理

现代医学已能够极大改善全球人口的生活质量。脊髓灰质炎、梅毒、肺结核或鼠疫等疾病几乎已经根除,并且可以成功治疗或治愈。下一个里程碑则是个性化医疗。这门新颖的学科针对的并非广泛人群,而是专注于个体患者的诊断等。个性化医疗考虑的是个体患者的疾病模式、体质和性别以及这些因素对疗法和药物的影响。其总体目标是创建适合个体患者的疗法,并在必要时根据疾病的进展情况进行调整和完善。

专业个性化治疗的实现需要结合大量的现代技术。因此,通过流式细胞仪、DNA 测序和器官芯片的应用,可以设计出符合癌症患者需求的疗法。

流式细胞仪用于分析和诊断

流式细胞仪用于高通量细胞分析。细胞高速流过设备中的分析单元(例如电压或荧光读数)。通过记录的电压或光信号,可反映细胞形状、结构、大小和/或颜色。因此,可借助细胞分选技术,识别和分离具有所需特性的细胞。 

在分析癌症患者血液中的循环肿瘤细胞 (CTC)方面,流式细胞仪受到特别关注。该设备可将CTC从患者血液中分离,因此可作为一种微创方案,替代操作复杂且具有侵入性的传统活检。液体活检有望降低患者疼痛程度、总体风险及总成本。因原发肿瘤位置或患者体质问题而无法进行传统手术时,可通过CTC来收集完整诊断所需的关键数据。

CTC于1869 年在癌症患者的血液中首次发现,它通常来源于原发肿瘤,并会渗入到血流或淋巴系统中。即使是在疾病初期,在血液样本中也能发现 CTC。每毫升全血中有数百万个白细胞和数十亿个红细胞,而相比之下,CTC只有1-10 个 ,浓度极低,需要高度灵敏的流式细胞仪和细胞分选仪对其进行检测和分离。

DNA测序和表征

对CTC进行检测和分离后,下一步是表征。表征可以且必须深入到分子水平,甚至可对单个肿瘤细胞的 DNA 进行测序。下一代测序 (NGS)用于快速生成可靠数据。

与传统测序方法(如Sanger 测序)相比,NGS以大幅提升的高通量,对DNA片段的核苷酸序列进行记录。通过DNA 序列,可获得关于肿瘤类型、CTC 特异性突变的信息,从而实现疾病进展的特定预后并有助于治疗设计。因此,NGS结合CTC是传统侵入性活检的可行替代方案。

器官芯片技术

下一步可能是器官芯片 (OOC) 技术的应用。OOC是细胞培养的高科技迭代技术。在培养皿中生长的传统二维细胞培养物存在一个缺点:它们大多不同于组织和器官在体内的情况。为了令培养物更接近体内状态,业界开发出了细胞3D培养。在3D培养物中,细胞可以向四面八方生长,同时创造出一个微环境,在该微环境下,细胞间和细胞基质间的相互作用接近于真实器官。为创建更真实的模型,亦必须考虑机械和化学应力和投入。如心脏、肺这样的组织,只有在运动中才能实现目的。这种组织运动会在细胞和细胞外基质上产生剪力。例如,在 OOC 肺培养中,真空技术可用于创建与体内肺非常相似的运动模式。通过结合多种组织类型,甚至可以创建完整的人体芯片模型,从而准确地模拟和评估各疗法的代谢和生理效应。因此,OOC 的使用不仅推动了个性化医疗领域的发展,还能减少研发中对动物试验的需求。

借助传感技术实现高精度

将上述技术结合到应用中,将迸发巨大潜力和无限可能。然而,上述所有技术在应用时面临着相似的阻碍,而这些阻碍某种程度上反而源于这些技术的共同优势——高精度。为了保证患者检测出的结果可靠有效,必须对所有内部流程和参数进行精确定义、监控和控制。这些技术对精度要求高,有时又要求样品量极小,因此需要先进的传感器技术来监控各个过程。

Sensirion 的产品组合为您提供先进的传感器技术。Sensirion是环境和流量传感解决方案的领先供应商,我们提供全面的产品组合,包括CO2传感器、PM2.5传感器、温湿度传感器、差压传感器、液体和气体流量传感器。传感器解决方案的一个例子是液体流量传感器 LPG10。LPG10的尺寸仅为 10 x 10 mm²,甚至可以轻松集成到最小的医疗设备(例如即时检测(point of care)设备)中。LPG10不仅拥有出色的生物相容性(玻璃是唯一的接液材料),还基于微热测量原理,即使在最低流速下也能保持高精度和速度,是上述医疗应用的完美解决方案。

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