斯坦福大學(xué):3D打印應(yīng)變傳感器,實(shí)時(shí)監(jiān)測癌性腫瘤
時(shí)間：2022-09-29 09:24 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
2022年9月，斯坦福大學(xué)的研究人員使用3D打印技術(shù)開發(fā)了一種應(yīng)變傳感器，可以無線監(jiān)測癌癥患者的腫瘤消退情況。
該設(shè)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(shè)備正確定位，此款可拉伸傳感器在隨著腫瘤的進(jìn)展而擴(kuò)大和縮小的同時(shí)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(kuò)展的新方法來評(píng)估患者對治療的反應(yīng)。
△科學(xué)家們的“FAST”技術(shù)和初步應(yīng)變結(jié)果。圖片來自斯坦福大學(xué)。
靶向體內(nèi)藥物測試
臨床轉(zhuǎn)化是科學(xué)家將實(shí)驗(yàn)室的研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)用于實(shí)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(fù)試驗(yàn)的方法，斯坦福大學(xué)的團(tuán)隊(duì)表示，他們已經(jīng)對每一種用于患者的藥物都進(jìn)行了數(shù)千種抗癌藥物測試。”
目前，為了評(píng)估此類癌癥治療的情況，腫瘤學(xué)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(xì)胞培養(yǎng)和類器官系統(tǒng)，快速評(píng)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(huì)產(chǎn)生更接近臨床結(jié)果的結(jié)果，因?yàn)橛盟鼈冞M(jìn)行測試可以比較治療和未治療的腫瘤生長情況，但生物學(xué)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(yīng)對臨床轉(zhuǎn)化至關(guān)重要”，斯坦福團(tuán)隊(duì)表示，開發(fā)一種自動(dòng)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(dòng)化的進(jìn)步可能最終解鎖“高通量體內(nèi)藥物測試”。
△該團(tuán)隊(duì)對患有肺癌的實(shí)驗(yàn)室小鼠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖片來自斯坦福大學(xué)。
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(xué)的科學(xué)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(dāng)它膨脹或收縮的時(shí)候，設(shè)備的金層中會(huì)出現(xiàn)微裂紋，導(dǎo)致其部分表面彼此失去接觸，并使其電子的應(yīng)變增加。理論上可以通過定制 PCB 和移動(dòng)應(yīng)用程序監(jiān)控這些變化，初步測試表明，在 0-75% 的應(yīng)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(xué)家的傳感工具可以在內(nèi)部或外部應(yīng)用，他們評(píng)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(dāng)?shù)奈恢茫軌驕?zhǔn)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(gè)小時(shí)內(nèi)識(shí)別出不同治療的腫瘤。
每個(gè)經(jīng)濟(jì)且易于構(gòu)建的傳感器都展示了通過電阻變化持續(xù)準(zhǔn)確地測量腫瘤的能力。因此，該設(shè)備的開發(fā)人員表示，它現(xiàn)在可以加速和自動(dòng)化篩查癌癥療法的過程。
△一位使用 Nuclera 3D 生物打印機(jī)的科學(xué)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(biāo)應(yīng)用之一。
●今年早些時(shí)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(jī)，該打印機(jī)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(tái)。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(xì)胞故障保險(xiǎn)，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(biāo)是開發(fā)藥物發(fā)現(xiàn)工具。該公司已經(jīng)推出了一個(gè) h-VIOS 器官芯片平臺(tái)，目前正在努力與藥物采用者建立合作伙伴關(guān)系。
該設(shè)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(shè)備正確定位，此款可拉伸傳感器在隨著腫瘤的進(jìn)展而擴(kuò)大和縮小的同時(shí)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(kuò)展的新方法來評(píng)估患者對治療的反應(yīng)。
△科學(xué)家們的“FAST”技術(shù)和初步應(yīng)變結(jié)果。圖片來自斯坦福大學(xué)。
靶向體內(nèi)藥物測試
臨床轉(zhuǎn)化是科學(xué)家將實(shí)驗(yàn)室的研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)用于實(shí)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(fù)試驗(yàn)的方法，斯坦福大學(xué)的團(tuán)隊(duì)表示，他們已經(jīng)對每一種用于患者的藥物都進(jìn)行了數(shù)千種抗癌藥物測試。”
目前，為了評(píng)估此類癌癥治療的情況，腫瘤學(xué)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(xì)胞培養(yǎng)和類器官系統(tǒng)，快速評(píng)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(huì)產(chǎn)生更接近臨床結(jié)果的結(jié)果，因?yàn)橛盟鼈冞M(jìn)行測試可以比較治療和未治療的腫瘤生長情況，但生物學(xué)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(yīng)對臨床轉(zhuǎn)化至關(guān)重要”，斯坦福團(tuán)隊(duì)表示，開發(fā)一種自動(dòng)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(dòng)化的進(jìn)步可能最終解鎖“高通量體內(nèi)藥物測試”。
△該團(tuán)隊(duì)對患有肺癌的實(shí)驗(yàn)室小鼠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖片來自斯坦福大學(xué)。
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(xué)的科學(xué)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(dāng)它膨脹或收縮的時(shí)候，設(shè)備的金層中會(huì)出現(xiàn)微裂紋，導(dǎo)致其部分表面彼此失去接觸，并使其電子的應(yīng)變增加。理論上可以通過定制 PCB 和移動(dòng)應(yīng)用程序監(jiān)控這些變化，初步測試表明，在 0-75% 的應(yīng)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(xué)家的傳感工具可以在內(nèi)部或外部應(yīng)用，他們評(píng)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(dāng)?shù)奈恢茫軌驕?zhǔn)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(gè)小時(shí)內(nèi)識(shí)別出不同治療的腫瘤。
每個(gè)經(jīng)濟(jì)且易于構(gòu)建的傳感器都展示了通過電阻變化持續(xù)準(zhǔn)確地測量腫瘤的能力。因此，該設(shè)備的開發(fā)人員表示，它現(xiàn)在可以加速和自動(dòng)化篩查癌癥療法的過程。
△一位使用 Nuclera 3D 生物打印機(jī)的科學(xué)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(biāo)應(yīng)用之一。
●今年早些時(shí)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(jī)，該打印機(jī)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(tái)。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(xì)胞故障保險(xiǎn)，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(biāo)是開發(fā)藥物發(fā)現(xiàn)工具。該公司已經(jīng)推出了一個(gè) h-VIOS 器官芯片平臺(tái)，目前正在努力與藥物采用者建立合作伙伴關(guān)系。
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