斯坦福大學:3D打印應變傳感器,實時監(jiān)測癌性腫瘤

2022年9月，南極熊獲悉，斯坦福大學的研究人員使用3D打印技術(shù)開發(fā)了一種應變傳感器，可以無線監(jiān)測癌癥患者的腫瘤消退情況。



該設備由 50 nm 的金層組成，通過滴鑄封閉在3D打印外殼內(nèi)的柔性聚合物上，可以直接包裹在腫瘤周圍。一旦將該設備正確定位，此款可拉伸傳感器在隨著腫瘤的進展而擴大和縮小的同時能夠傳遞相關(guān)數(shù)據(jù)，從而可以為醫(yī)生提供一種低成本、可擴展的新方法來評估患者對治療的反應。


△科學家們的“FAST”技術(shù)和初步應變結(jié)果。圖片來自斯坦福大學。

靶向體內(nèi)藥物測試
臨床轉(zhuǎn)化是科學家將實驗室的研究發(fā)現(xiàn)應用于實際的疾病或治療的過程，這一過程是十分艱巨的，往往需要通過反復試驗的方法，斯坦福大學的團隊表示，他們已經(jīng)對每一種用于患者的藥物都進行了數(shù)千種抗癌藥物測試。”

目前，為了評估此類癌癥治療的情況，腫瘤學研究人員開發(fā)了一套高通量篩選模型。使用算法以及基因組測試、細胞培養(yǎng)和類器官系統(tǒng)，快速評估幾種藥物對特定類型癌癥的療效。

也就是說，體內(nèi)模型往往會產(chǎn)生更接近臨床結(jié)果的結(jié)果，因為用它們進行測試可以比較治療和未治療的腫瘤生長情況，但生物學變異、低分辨率和小樣本量仍然使采用它們既棘手又昂貴。

鑒于“確定治療反應對臨床轉(zhuǎn)化至關(guān)重要”，斯坦福團隊表示，開發(fā)一種自動化的監(jiān)測過程從而收集高分辨率的連續(xù)數(shù)據(jù)集是十分必要的。在他們的論文中，研究者們還指出，這種數(shù)據(jù)和自動化的進步可能最終解鎖“高通量體內(nèi)藥物測試”。


△該團隊對患有肺癌的實驗室小鼠的實驗結(jié)果。圖片來自斯坦福大學。

一種“快速”的腫瘤傳感方法
為了提高體內(nèi)腫瘤傳感的功效，斯坦福大學的科學家們提出了一種靈活的自主傳感器，用于測量腫瘤體積回歸或“FAST”技術(shù)。該傳感器由層疊在彈性體上的金層制成，旨在與腫瘤一起膨脹或收縮。

當它膨脹或收縮的時候，設備的金層中會出現(xiàn)微裂紋，導致其部分表面彼此失去接觸，并使其電子的應變增加。理論上可以通過定制 PCB 和移動應用程序監(jiān)控這些變化，初步測試表明，在 0-75% 的應變下，他們的傳感器能​​夠檢測到分辨率低至 10 微米的尺寸差異。

科學家的傳感工具可以在內(nèi)部或外部應用，他們評估了其在小鼠體內(nèi)的功效。該傳感器通過 3D 打印的外殼固定在適當?shù)奈恢茫�能夠準確跟蹤腫瘤體積的變化，在這些測試中證明，該傳感器能夠在短短五個小時內(nèi)識別出不同治療的腫瘤。

每個經(jīng)濟且易于構(gòu)建的傳感器都展示了通過電阻變化持續(xù)準確地測量腫瘤的能力。因此，該設備的開發(fā)人員表示，它現(xiàn)在可以加速和自動化篩查癌癥療法的過程。


△一位使用 Nuclera 3D 生物打印機的科學家。圖片來自 Nuclera。

3D打印的藥物發(fā)現(xiàn)潛力
加速藥物發(fā)現(xiàn)也成為新興 3D 生物打印技術(shù)的主要目標應用之一。

●今年早些時候，初創(chuàng)公司Nuclera籌集了 4250 萬美元，用于推出新的eProtein 藥物發(fā)現(xiàn) 3D 生物打印機，該打印機旨在生產(chǎn)研究蛋白質(zhì)間相互作用所需的樣本。

●Prellis Biologics于 2021 年 12 月籌集了 1450 萬美元的 B 系列資金，以支持其開發(fā)新型藥物發(fā)現(xiàn)平臺。由于該公司的EXIS 3D 生物打印淋巴結(jié)能夠打破阻止自身抗體發(fā)展的天然細胞故障保險，加快治療研發(fā)。

●3D Systems 子公司是一家3D生物打印公司，其目標是開發(fā)藥物發(fā)現(xiàn)工具。該公司已經(jīng)推出了一個 h-VIOS 器官芯片平臺，目前正在努力與藥物采用者建立合作伙伴關(guān)系。