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从癌性肿瘤脱落并在血液中循环的细胞对癌症扩散或转移到全身构成严重威胁。然而，找到这些循环肿瘤细胞 (CTC) 就好比大海捞针。一毫升血液中包含约 50 亿个红细胞、1000 万个白细胞，而肿瘤细胞仅有 10 个。
然而，早期癌症检测和治疗是一个人最好的生存机会，而且由于转移是 导致 90% 癌症死亡的原因，研究人员花费数十年时间试图开发血液测试，以便在循环肿瘤细胞形成新肿瘤之前有效地发现它们。最大的挑战是在样本中快速检查数十亿个快速移动的血细胞，并达到足够高的分辨率以识别癌性入侵者。
加州大学洛杉矶分校 (U.C.L.A.) 的研究人员正在开发一种系统，该系统将光学显微镜与用于计数和研究细胞的设备以及高速图像处理器相结合，他们表示该处理器可以拍摄 快速移动细胞的无模糊图像，这是朝着捕捉循环肿瘤细胞 (CTC) 现形迈出的重要一步。研究人员上个月在《美国国家科学院院刊》(PNAS) 上描述了该系统。
抓到你了
加州大学洛杉矶分校 (U.C.L.A.) 系统的核心是 研究人员在 2009 年推出 的超高速显微相机，该相机每秒可捕获约六百万帧图像。这种“串行时间编码放大显微镜”(STEAM) 相机使用非常短的激光脉冲（仅十亿分之一秒的光闪烁）创建每个图像。STEAM 相机的快门速度为 27 皮秒，比 当前的数码相机 快约一百万倍。（一皮秒是一万亿分之一秒。）
仪器必须满足两个主要要求才能检测血液样本中的循环肿瘤细胞 (CTC)。加州大学洛杉矶分校 (U.C.L.A.) 电气工程和生物工程项目经理、主要作者 Keisuke Goda 表示：“当然，它必须具有高灵敏度或信噪比才能识别信号。” “而且它必须是高速的，否则[找到癌细胞]将花费非常长的时间，因为背景细胞计数非常庞大。” 他补充说，STEAM 流式分析仪是一种自动化显微镜，比医院有时用于疾病识别的自动化显微镜快 100 倍。
加州大学洛杉矶分校 (U.C.L.A.) 相机将每个激光脉冲转换为数据流，从中可以组装高速图像。该团队使用这项技术在血液样本中识别乳腺癌细胞。“我们观察细胞的形状、大小和纹理以及其表面生物化学，”Goda 解释说。“通过高速成像，我们可以分辨出癌细胞往往比白细胞或红细胞更大。而且我们知道，与红细胞和白细胞相比，癌细胞的形状是不规则的。”
研究人员目前正在对乳腺癌、肺癌、胃癌、前列腺癌和肠癌患者的血液样本进行临床测试。Goda 说，从长远来看，他们希望快速诊断出其他类型的癌症，包括 卵巢癌 和 胰腺癌，这些癌症传播迅速，需要早期检测才能让患者生存。Goda 最近被任命为东京大学的化学教授，但他将继续与加州大学洛杉矶分校 (U.C.L.A.) 进行研究。他补充说，相对无创的血液测试将鼓励人们经常进行筛查。
首次血液检测 这种血液测试 可以为乳房 X 光检查和其他影像学检查以及痛苦的活组织检查提供更安全、更准确的替代方案。MRI 和计算机断层扫描 (CT) 扫描可以有效地发现较大的肿瘤，但 当肿瘤被发现时，患者的预后通常很差。
市场上已经有一种诊断工具用于识别和计数血液样本中的循环肿瘤细胞 (CTC)，但它并未针对早期检测进行优化。美国食品和药物管理局 (FDA) 于 2004 年批准了强生公司 Veridex 部门生产的 CellSearch 系统，用于识别和计数 转移性乳腺癌患者 中的循环肿瘤细胞 (CTC)。此后，FDA 已批准 CellSearch 用于指导 转移性前列腺癌和结直肠癌的治疗。去年，强生公司表示将 投资 3000 万美元与马萨诸塞州总医院合作，以进一步开发 CellSearch。
美国国家科学基金会 (NSF) 项目主管 Leon Esterowitz 表示，尽管进行了这些计划中的升级，“加州大学洛杉矶分校 (U.C.L.A.) 的工作有望成为目前可用技术的进步。” CellSearch 主要用于检查癌症治疗的进展，而加州大学洛杉矶分校 (U.C.L.A.) 的成像技术可以在更早的阶段（在癌细胞形成新肿瘤之前）发现癌细胞。“他们大大提高了强生等公司正在使用的技术的灵敏度和速度，”Esterowitz 说。
纽约市威尔康奈尔医学院和伊萨卡康奈尔大学工程学院的研究人员也在开发一种癌症血液测试，尽管他们的测试使用“几何增强差异免疫捕获”(GEDI) 硅芯片，该芯片可以识别和收集患者血液样本中的癌细胞。研究人员在 2012 年 4 月的《公共科学图书馆·综合》(PLoS ONE) 杂志 上描述了他们的工作，他们表示，该芯片在一个设备中工作，该设备可以确定患者何时因转移性前列腺癌而出现高浓度的罕见癌细胞。与 CellSearch 一样，GEDI 将用于确定患者化疗的疗效，而不是寻找早期癌细胞。
巨大的考验
Esterowitz 指出，所有这些血液测试仅在细胞癌变后才有效。他指出，西北大学的一个项目旨在 照亮癌前细胞。西北大学的研究人员正在纳米级（而不是微米级）分析组织，以找出细胞核大大扩张或显示其他可能预示即将发生恶性肿瘤的不规则性的细胞。
西北大学的方法由生物医学工程师 Vadim Backman 领导，包括将光照射到患者体内或从患者体内取出的组织上。研究人员使用显微镜和光谱学的组合来检查光的反射方式。Backman 说，反射的波动表明采样组织微分子密度可能存在异常，并可能标记不健康细胞的存在。
“过去的大部分精力都集中在研究癌细胞和肿瘤本身，但我们现在关注的是肿瘤之前发生的事情，”Backman 说。“肿瘤只是冰山一角。我们想看看水线以下的部分。”
Backman 和他的团队声称已经对 2000 名患者进行了技术测试，准确率很高。下一步是开发可商业化的紧凑、易于使用的版本，然后进行更多测试以获得 FDA 批准，从而成为更有效的癌症早期预警系统。