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该设备的成功研发对于感染性疾病的诊断及治疗具有重要的临床意义,靶向肿瘤异质性

2020年4月3日 - 职业教育
该设备的成功研发对于感染性疾病的诊断及治疗具有重要的临床意义,靶向肿瘤异质性

近日,来自美国宾夕法尼亚州立大学的科学家研发出一台名为Adaptable
microfluidic
system的诊断设备,该设备通过采用先进的显微技术捕获单个细胞,然后使用电子显微镜观察该细胞,可帮助医生在30分钟内确定患者的血液及尿液样本中是否存在细菌,并进行药物敏感试验。图片 1图1.单个细胞病原菌分类及药物敏感试验流程图
该设备的研发大大缩短了传统实验室检测方法所需的时间(3-5日),能够迅速给予患者积极有效的抗菌治疗,并根据治疗效果对抗生素的类型及用法用量进行调整,以达到最佳的治疗效果。其国家论文题目为“Adaptable
microfluidic system for single-cell pathogen classification and
antimicrobial susceptibility
testing”的研究成果于2019年5月10日在国际著名期刊Proc Natl Acad Sci U S
A发表,该设备的成功研发对于感染性疾病的诊断及治疗具有重要的临床意义。

基于CTCs亚细胞群的疾病监测将肿瘤治疗方法从被动变为主动。卫生保健系统必须为种群亚细胞及个性化组合疗法的大数据挑战做好准备,提供信息来支持肿瘤学家的分析工作并积极分享推动医疗发展的个人成果。

移动医疗技术不仅可以获取患者的健康状况,也可以让医生实时了解癌症患者在家中和日常活动时的情况。谷歌、苹果、微软等重量级选手都参与到移动医疗领域,通过利用智能设备和可穿戴设备增加了治疗和研究介入的机会。新型癌症护理应用程序可以提供新的廉价的癌症支持路径,可以提高癌症患者的生活质量,提供患者教育,就医导航,以及个性化社会支持。这些都最终会降低医疗成本,提高患者的生活质量。

新的诊断方式将癌症分析为一种均一的疾病,这种观点实际上排除了癌症的实际发展过程,阻碍了对转移性肿瘤细胞亚群的检测,这些细胞亚群或是肿瘤细胞耐药性的启动器,又有可能是成堆的可操作的突变,这些都需要仔细的分类治疗。

这是一种新型的血液检测,有可能使患者在诊断和治疗癌症的过程中,免于接受外科或针吸活检,还可以在治疗过程中反复取样。液体活检依靠的是捕获血液中的癌细胞,分离出叫做胞外体或游离肿瘤DNA的细胞碎片,然后进行分子学分析,可用于诊断和指导治疗方案。随着基因测序的资本化运作以及基因检测成本的下降,有数十家公司目前正在开发液体活检。许多医生认为液体活检可以让更多的人享受到个性化医疗。

了解肿瘤异质性也可改变药物审批的监管途径,药物审批迹象将不再依赖于肿瘤的发展阶段或起源,而是肿瘤的发展机制和亚群的影响,批准和偿还体制将不再是很大程度上建立于生存率的统计,而是基于候选药物应对特定的共同表型的细胞群和基因驱动的能力。

8. 单细胞分子分析

最近西雅图的FredHutchinson癌症研究中心利用单细胞基因分型来证明急性髓性白血病中亚细胞的独立发展导致癌症复发。MemorialSloan-Kettering癌症研究中心的研究人员HowardScher曾报道在接受治疗之前耐药性、肿瘤亚克隆在患者中出现的概率比较小,循环肿瘤细胞亚群的多样性在患者接受治疗后增加。

9. 移动医疗和癌症治疗

肿瘤学的未来:靶向肿瘤异质性

CRISPR是短回文重复序列的缩写,因其可以让科学家更容易、快速和精确地改变DNA的基因编码而风靡世界。一些人认为CRISPR基因编辑可以称得上是过去100年来最重要的生物学工具之一。这一技术可以用来发现新的癌症治疗靶点,从替代基因编辑到靶向免疫抗癌细胞,将使癌症治疗进入新的世界。

改变三:药物开发和监管部门的批准

图片 2

我们如何对待癌症、诊断癌症和开发抗癌疗法,到目前我们都依赖于一个简化的方法将疾病的治疗当做一个整体。在新的一年里,让我们将肿瘤学的目光放在肿瘤异质性上,开启肿瘤治疗的新旅程。

4. 机器学习和计算生物学

改变一:改变癌症诊断管理模式,制定疾病细胞驱动报告

新的研究策略可以基于患者的病史、癌症分期和病理预测治疗的效果,这将在未来几年起到越来越重要的作用。为了解决治疗应答的差异性和复杂性,医生将根据肿瘤的各种参数使用计算机建模,例如基因和蛋白质组数据、肿瘤细胞功能分析、药物剂量和先前的治疗数据。许多研究人员认为这种新型的试验设计可以提高监管的成功率,并且可以更快地向可能对一些治疗有效的癌症患者提供性价比更高的药物。

单细胞基因组分析证实了肿瘤异质性的复杂性,不过在近几年单细胞基因组分析取得了很大的进步。2014年曾有科学家总结了该技术的进步并作出了预言:在不久的将来,单细胞测序将被应用于临床的早期发现、预测、诊断与治疗,进而减少人类癌症的发病率。

1. 细胞免疫治疗

问题的根源不在肿瘤学家,而在于他们可用的诊断工具。手术活检的局限性是众所周知的,尤其是在治疗过程中不能反映肿瘤样本的变化过程,并可能丢失肿瘤亚群的信息,并发症在疾病转移中呈指数增加。引进的基于CTC的液态活检提供了必要的解决方案,但研究人员通过特征统计发现只有少数的CTC类型具有临床效应;基于游离DNA的液态活检提供了更为敏感的检测技术,但仍无法确定细胞的起源或突变的“叠加”组合。

当癌症发生时,一个细胞的恶变可能会导致整个机体的毁灭。因此科学家们正在研究如何对单个细胞进行衡量、识别、描述和分类。一些技术可以放大单个细胞的物质,还有技术可以多重处理多个细胞。随着细胞捕获、分型、分子分析技术的快速发展,将来会有无数生物和医学上的应用。在未来几年内,单细胞分析将有助于回答癌症研究的一些重大问题,包括解决肿瘤内异质性、跟踪细胞族系、了解罕见肿瘤细胞群、以及衡量突变率。这些工具还可以应用到临床领域,包括早期癌症检查、无创性监测、指导靶向治疗等。此外,对癌症进展时细胞浸润、转移和抗药性的深入了解也对癌症的治疗有极大的帮助。

因此最有用的癌症诊断管理必须是通过对药物敏感的克隆检测来制定疾病细胞驱动报告。由于CTC是疾病的重要转移方式并反映肿瘤的异质性,未来的诊断必须能够检测到所有物种的CTC。基于目前CTC的全方位检测,每个CTC可通过多个蛋白质组和基因组生物标志物来鉴别。然而,这种测试必须考虑临床基础设施和成本费用的承受能力,在此基础上临床医生才能解释患者疾病中亚克隆的频率与分布状况,并给予特定的疗法方案。

3. 癌症液体活检

尽管2014年全球在肿瘤药物领域支出达1000亿美元,但在没有理解癌症异质性驱动力的情况下,治疗方案只受益于少部分患者将不足为奇。然而,我们并不需要飞跃的想象力来理解为何肿瘤的II期与III期试验失败率如此高以及为何具有针对性的高度创新治疗方法的生存受益没有期望那么高。

2. 免疫调节剂和疫苗

去年的几项研究阐明了肿瘤的异质性,反映了同种肿瘤的不同发展形式。英国癌症研究中心CharlesSwanton等发表了两份meta-分析描述了流行于广大癌症患者的亚群基因突变,基于观察到的异质性,作者认为未来“需要依据肿瘤细胞比例的分层靶向治疗”。

5. 表观遗传学和癌症治疗

在了解患者的疾病类型之前,无论我们有多么强大的药物,也无法将其发挥最大的功效。那么想要发挥肿瘤药物的最大功效,我们必须做以下三个改变:

针对PD-1或PD-L1通路的检查点抑制剂在癌症治疗方面取得了令人瞩目的成果,使其快速走出实验室获得FDA批准。其独特的机制修补了机体自身的免疫系统,激发自身的抵抗力,在一些案例中产生了长期的癌症缓解甚至是治愈,特别是联合其它的标准抗癌疗法。新型疫苗也在开发中,可以扩增抗击癌症的免疫细胞群,从而产生抗癌效果。疫苗目前正在多种恶性疾病中进行试验,一旦获得批准,医生们将可以获得治疗晚期癌症的极大进展。

在近日举行的ASCO泌尿生殖道肿瘤研讨会上,Scher再次展示数据表明异质性本身就是预测晚期前列腺癌的生物标志物,低程度CTC异质性与患者的生存率相关,而CTC多样性大则表示对患者抗雄激素的治疗抵抗力强。此外还有一个新发现,CTC的罕见亚型预示着抗雄激素和紫杉醇化疗的失败。因而研究人员认为在开始治疗之前确定这些类型的生物标志物是有必要的。

尽管该技术仍处于“婴儿”阶段,人体微生物组研究领域正在不断发展,科学家们知道了更多微生物在癌症形成、疾病进展和治疗应答中所起的作用。对肠道菌群作用的深入了解有助于开发个性化的介入方法,预防或减轻癌症患者的微生物失衡,从而减轻症状。许多商业公司开始研发商业化的基于微生物的癌症免疫疗法,使用特定的肠道菌群激发免疫系统攻击癌症细胞,增加抗癌药物的效果。探索微生物的治疗效果为开发新疗法提供了无限可能。

同样复杂的是临床试验如何结构化与药物如何被批准。如今我们渐渐明白患者临床试验的成功不仅在于药物可针对未定义的肿瘤细胞,更重要的是梳理细胞的多样性以检查导致患者抵抗药物的克隆。对患者的病情有广泛的认识有助于正确招募志愿者来进行正确的试验,从而得出更有意义的结论;精准招募为药物研发创造了新机会,还可降低研发成本。

为了探究癌症的起因和开发更有效的癌症预防、检测和治疗方法,研究人员需要研究大量的分子和临床数据。美国和欧洲研究机器学习的领先机构以及统计遗传学现在正在通力合作,开发强大的生物标志物发现技术和阐明癌症的发病机制和进展原因。通过收集最新的患者生物信息和成千上万其他癌症患者产生的以万亿计的数据,医生可以在几天甚至几分钟之内为患者量身定制合适的癌症治疗方案。最终,这些信息会加入到庞大的数据库中,帮助全世界的癌症研究者发掘抗击癌症的方法。

肿瘤学的未来:靶向肿瘤异质性,开启分层靶向治疗新篇章
众所周知癌症并非静态的、整体性的疾病,随着研究的深入,癌症异质性逐渐被发觉,人们逐渐认识到每个癌症患者可能有不同的起源,即便是同种类型的肿瘤患者也是如此;同时研究还发现肿瘤异质性对肿瘤的治疗效果有很大的影响。

10. 个体化研究提高药物研发效率

改变二:基于CTCs亚细胞群的理性监控

7. CRISPR:基因编辑和癌症

美国联盟医疗体系在其举办的第二届世界医学创新峰会(World Medical
Innovation
Forum)中公布了由哈佛医学院专家选出的12项“颠覆性”的创新癌症诊断和治疗技术,有可能在10年内为癌症治疗带来革命性的改变。

2016年癌症领域12项颠覆性创新技术,细胞免疫治疗居首

纳米技术有可能有选择性地直接将药物输送到癌症细胞中,指导肿瘤的手术切除,加强放疗的治疗效果,而且还可以助力基因编辑、基因疗法等辅助技术。纳米技术的研发速度很快,呈直线上升的趋势。预计纳米技术将开始进入临床试验,而且随着纳米技术在免疫治疗、基因疗法、RNA干扰、基因编辑等领域的应用,我们将见识到纳米技术的强大力量,将会极大提高癌症患者的存活率。

11. 重新定义癌症治疗的价值

12. 纳米技术和癌症治疗

在癌症患者中,调整表观遗传学的能力对于重置细胞状态和可塑性至关重要。研究人员发现一些造成癌症的表观遗传学改变可以通过新疗法逆转,这在一些案例中较传统化疗毒性更小。表观遗传学方法不仅会改变研究者对癌症的看法,还会改变癌症的治疗方法。新的表观遗传学治疗方法不是杀死癌细胞,而是将病变细胞转化为正常细胞或使其对现有疗法或新疗法更敏感。对癌症细胞DNA包装差异的理解可以帮助医生选择更精准有效的药物,靶向治疗肿瘤细胞中特定的表观靶点,从而获得疾病的缓解甚至治愈。

6. 人体微生物组和癌症

嵌合抗原受体可以让T细胞靶向识别特定的肿瘤细胞。尽管该领域的开发仍处于早期,但许多癌症患者在其他方法都没有效果之后,对这种嵌合抗原受体T细胞疗法出现“史无前例”的应答。最新的研究正在探索如何最好地将CAR
T和其他免疫疗法相结合。CAR
T细胞联合检查点抑制剂如PD-1抑制剂和抗CTLA4药物是很有前景的疗法。癌症专家预计,通过修改患者自身的免疫系统攻击并打败癌症,CAR
T疗法今后有可能成为一种首要的癌症疗法。

由于技术的进步及人口的老龄化,癌症医疗将会是医疗卫生支出的一个主要增长因素。癌症治疗产业内的参与者们将一起分享癌症相关的数据,制定衡量癌症治疗领域进展的标准。越来越多的患者和患者组织将参与到决策制定中来,各领域的决策者将一起管理复杂的癌症、寻找不同的支付模式、通过指南规范癌症治疗,减少浪费,例如通过基因分析设计试验,避免效果有限的治疗方法。这种合作方式将有助于改进癌症的预防、检查和治疗,降低经济负担,使得治疗的价格可以真实反映治疗的效果。

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