利用光預測化學療法如何對待乳腺癌

　　如果數字光譜學（DOS）成為護理標準的一部分，癌癥患者只能接受有效治療腫瘤的藥物。醫生可能能夠及時改變化療方案，以避免藥物不起作用的副作用。——Darren Roblyer，博士  -美國癌癥協會受助人

　　在波士頓大學的實驗室里，Darren Roblyer博士研究老鼠，發明了新的醫療設備，并指導臨床試驗讓女性接受化療作為乳腺癌的首選治療方法。這三個項目全部由美國癌癥協會資助。他們也都有相同的目標：要在化療開始后盡快地學習化學治療如何破壞腫瘤。

　　有了這些信息，患者可能不必應付化療藥物的副作用，而這些副作用并不能幫助他們。腫瘤科醫生可以立即嘗試其他藥物組合。而且，乳腺癌女性可能會存活更長時間。

　　羅伯萊爾的專長是利用光線來拍攝腫瘤內發生的事情。他的工作領域被稱為光學成像。

　　光學成像如何工作

　　如果你曾經把手電筒放在手掌上，你已經看到了光線在皮膚上的光芒，并在手的另一邊展開。一些健康和醫療設備利用這些光學特性。

　　一個例子就是Fitbit通過在手腕上方的皮膚照射綠光來監測心率。另一種光學裝置是脈搏血氧計。那是小鉗子的護士把病人的手指放在醫院里來測量攜帶氧氣的血液的百分比。測定儀的工作原理是通過手指的一側照射紅光和紅外線，另一側使用檢測器測量手指沒有吸收的光線。

　　Robleer使用近紅外線，比人類能看到的更紅一些。Roblyer說：“近紅外線的光線很酷，可以深入到組織厘米深處。他和他的團隊通過癌癥患者的皮膚發光，光子（光的粒子）穿過組織并穿過腫瘤。”

　　然后，少量的光子從組織中回來。Robleer說：“我們可以用照相機或傳感器來觀察光子，根據它們的變化情況，吸收了多少，分散了多少，我們可以知道這些組織的數量。”

　　什么光學成像顯示腫瘤

　　有人將化療作為乳腺癌的首選治療的一個常見原因是縮小腫瘤，所以手術更容易取出。這可能意味著將整個乳房切除（乳房切除術）和僅切除腫瘤（乳房腫瘤切除術）之間的差異。

　　為了了解化療如何有效地減少腫瘤的大小，醫生可以使用傳統的成像設備，如乳腺攝影和超聲波。

　　但在高達約20％的患者中，外科醫生發現化療并沒有使腫瘤縮小。羅伯萊爾說：“這意味著病人可能有幾個月的治療使他們感到可怕，但這對癌癥沒有任何作用。”

　　除了縮小腫瘤之外，術前化療的另一大好處可能包括增加患者的生存時間。這與腫瘤的大小或形狀無關。

　　研究顯示，在手術前化療導致“病理完全反應”，女性壽命更長。這意味著當腫瘤通過手術切除時，醫生看不到腫瘤中積極生長的癌細胞。

　　Roblyer說：“在輸液中心，醫生面臨的一個主要問題是，你不能分辨是否化療甚至到達腫瘤。他的團隊的光學成像方法可以改變這一點。

　　漫反射光譜學（DOS）讓醫生更早地看到腫瘤內部發生的生物學變化。Robleer和他的團隊第一次使用DOS是在同一時間患者正在接受化療。他們也在輸液后第一周測量患者，并在治療周期的其他時間測量患者。

　　DOS可以通過拍攝腫瘤如何影響光線來追蹤腫瘤的血液供應和新陳代謝。這些變化發生在腫瘤形狀或大小變化之前。

　　目前用于檢查病理完全反應的成像類型包括某些類型的PET和MRI掃描。由于它們的大小使得這些機器不能移動，所以在化療輸注期間不能使用PET掃描和MRI。患者接受1或2個周期的化療后，醫生傾向于使用這些掃描。

　　看到化療如何早期影響腫瘤有幾個好處。首先，醫生可以停止使用不適用于癌癥的化療藥物  -可能會導致嚴重的副作用。此外，醫生可以使用DOS來預測不同藥物或藥物組合的效果，以幫助他們選擇最有前景的藥物。尋找早期導致病理完全反應的化療可能會增加患者存活的機會。

　　一些早期令人興奮的發現

　　Robleer說：“這真的很吸引人。他的團隊所看到的一些變化是預測化療效果如何。“你會認為在腫瘤開始死于化療時，你會看到腫瘤中的氧氣減少，”Roblyer說，“但是，我們發現了一些奇怪的東西。在病人第一次輸液后的第一個24小時內，有時我們看到含氧血液的增加，而不是減少。”

　　“他補充道，”更加挑釁的是，在早期的研究中，我們發現高峰是患者是否會對治療做出反應的一個預測因素，幾個星期和幾個月到將來。這似乎是一個積極的指標，化療將運作良好。”

　　Roblyer和他的團隊受到啟發。“我們開始思考，”哇，在治療過程中可能有很多生物學發生了，但還沒有被研究，因為這些工具還沒有在正確的時間點測量患者。

　　這刺激了他的團隊設計了一個可穿戴設備，該設備將使用光學技術來研究化療對乳房腫瘤的影響。但是，Robleer說：“你不能建立一些東西，只是開始測量病人。它們之間有許多步驟。“這就是為什么Roblyer和他的小組同時測試老鼠和人類的光學。

　　同時學習小鼠和人類的好處

　　Roblyer說，在課本和期刊文章中，研究似乎是按順序進行的  -從細胞工作，小型動物處于臨床前階段，然后到臨床試驗階段，這是一條直接的路徑。“但是在我們的實驗室里，所有的時間都是同時發生的。”即使他的資助也包含了3個不同但重疊的項目。

　　Roblyer解釋說：“我們不只是把你從實驗室學到的知識，像你聽到的有關藥物開發的信息一樣，轉化為診所。“我們從兩個方向  -從診所到實驗室來回翻譯。我把它稱為逆向翻譯。“

　　他說，這樣做的好處是你可以用小動物做一些你不能做的事情。例如，您可以嘗試尚未獲得FDA批準或不同劑量的藥物。“所以，我們可能會在臨床研究中看到一些問題，這就提出了一個我們只能用動物研究來回答的問題。”

　　三代達倫·羅伯格（Darren Robleer）的光學設備，利用光線拍攝腫瘤內發生的事情。他的工作領域被稱為光學成像。

　　Robyler的可穿戴DOS的早期設計是剛性的，只有1個光源（LED）和1個光吸收器（光電二極管）。隨著后來的一代，他和他的團隊增加了靈活性，以符合乳房的自然形狀，并增加了更多的光源和光電二極管。

　　設計一種新的可穿戴式光學器件

　　Robleer與腫瘤學家Naomi Ko醫學博士共同領導的臨床試驗中，他使用手持式探頭對抗皮膚表面，用DOS測量腫瘤。與此同時，他正在設計一個靈活的DOS系統，讓女性可以穿著符合她們乳房形狀的靈活的DOS系統。

　　這將是有史以來第一個可以在乳腺癌患者中進行連續光學測量的可穿戴式成像墊。“這是一個反復的過程。”Roblyer正在美國癌癥協會的資助下完善他的設備。

　　目前的模型有32個光源（LED）和16個光電二極管。Robleer的團隊不斷修改光源和二極管的位置，找到一個能夠以最高的靈敏度來測量他們在不同深度所需的位置。目前，該設備不存儲數據。它必須連接到電腦才能下載其信息。

　　Roblyer說：“我們很難用我們所需的設備來頻繁測量。“我們正在考慮如何使它在未來不受束縛，因為化療輸注中心只是我們想要衡量化療對腫瘤影響的第一位。如果病人能夠在家里佩戴這個設備，那么我們可以更多地了解最有價值的時間點。他們可能是一天，或一個星期后的治療。“

　　除了便攜性之外，還有一些設備需要解決的問題，就像Roblyer的團隊仍然在尋找將其粘貼到皮膚上的最佳方式。盡管如此，他的美國癌癥協會還有一年的工作，所以他的團隊還有更多的創新空間。

　　當贈款結束后，Robleer和他的團隊可能需要幾年的時間來完成可穿戴DOS設備的準備工作，以便醫生可以將其用于患者。Roblyer說：“我們仍然需要與健康志愿者和患有乳腺癌的人一起進行測試。“另外，FDA的批準，等等。”

　　但同時繼續工作。接受美國癌癥協會的資助，激發了Roblyer的成功，并獲得了其他來源的補助。他和他的團隊正在開展幾個新項目。他們正在使用光學監測來探索抗化療乳房腫瘤的毒性較小的治療方法。他們還使用DOS來監測骨肉瘤患兒的治療效果，這是一種從骨頭開始的癌癥。

　　在光學實驗室的幻影

　　癌癥科學家的工作世界的一大部分正在驗證他們正在做的研究是準確的，可以安全地用于人類。Roblyer實驗室用來確保測量結果正確的一種工具稱為光學幻影。

　　在一個研究實驗室中，幻影是可用于測試醫療設備的人體組織模型。光學幻影被設計成模仿光在人體組織中的分布。Robleer的團隊使用一塊硅膠與吸收光線的染料和散射光的二氧化鈦顆粒混合制成光學幻像。

　　“我們可以制造不同類型的幻影。有些像腫瘤一樣吸收光線，有些像正常組織吸收光線。他說，我們可以制造像人體乳房那樣彎曲的幻影，或者像皮膚一樣扁平的幻影。

　　羅伯萊爾的團隊使用幽靈來：

　　模擬光照會在有無腫瘤的乳房中分布

　　校準他們的DOS，以確保其測量準確

　　記錄一個測量值以供參考

　　“成像幻影已經使用了幾十年，”他解釋說。“有X射線，核磁共振成像和超聲的幻影。他們被認為是測試設備的黃金標準，每個人都需要測試的標準。”