斯坦福大学:3D打印应变传感器,实时监测癌性肿瘤

2022年9月，南极熊获悉，斯坦福大学的研究人员使用3D打印技术开发了一种应变传感器，可以无线监测癌症患者的肿瘤消退情况。



该设备由 50 nm 的金层组成，通过滴铸封闭在3D打印外壳内的柔性聚合物上，可以直接包裹在肿瘤周围。一旦将该设备正确定位，此款可拉伸传感器在随着肿瘤的进展而扩大和缩小的同时能够传递相关数据，从而可以为医生提供一种低成本、可扩展的新方法来评估患者对治疗的反应。


△科学家们的“FAST”技术和初步应变结果。图片来自斯坦福大学。

靶向体内药物测试
临床转化是科学家将实验室的研究发现应用于实际的疾病或治疗的过程，这一过程是十分艰巨的，往往需要通过反复试验的方法，斯坦福大学的团队表示，他们已经对每一种用于患者的药物都进行了数千种抗癌药物测试。”

目前，为了评估此类癌症治疗的情况，肿瘤学研究人员开发了一套高通量筛选模型。使用算法以及基因组测试、细胞培养和类器官系统，快速评估几种药物对特定类型癌症的疗效。

也就是说，体内模型往往会产生更接近临床结果的结果，因为用它们进行测试可以比较治疗和未治疗的肿瘤生长情况，但生物学变异、低分辨率和小样本量仍然使采用它们既棘手又昂贵。

鉴于“确定治疗反应对临床转化至关重要”，斯坦福团队表示，开发一种自动化的监测过程从而收集高分辨率的连续数据集是十分必要的。在他们的论文中，研究者们还指出，这种数据和自动化的进步可能最终解锁“高通量体内药物测试”。


△该团队对患有肺癌的实验室小鼠的实验结果。图片来自斯坦福大学。

一种“快速”的肿瘤传感方法
为了提高体内肿瘤传感的功效，斯坦福大学的科学家们提出了一种灵活的自主传感器，用于测量肿瘤体积回归或“FAST”技术。该传感器由层叠在弹性体上的金层制成，旨在与肿瘤一起膨胀或收缩。

当它膨胀或收缩的时候，设备的金层中会出现微裂纹，导致其部分表面彼此失去接触，并使其电子的应变增加。理论上可以通过定制 PCB 和移动应用程序监控这些变化，初步测试表明，在 0-75% 的应变下，他们的传感器能​​够检测到分辨率低至 10 微米的尺寸差异。

科学家的传感工具可以在内部或外部应用，他们评估了其在小鼠体内的功效。该传感器通过 3D 打印的外壳固定在适当的位置，能够准确跟踪肿瘤体积的变化，在这些测试中证明，该传感器能够在短短五个小时内识别出不同治疗的肿瘤。

每个经济且易于构建的传感器都展示了通过电阻变化持续准确地测量肿瘤的能力。因此，该设备的开发人员表示，它现在可以加速和自动化筛查癌症疗法的过程。


△一位使用 Nuclera 3D 生物打印机的科学家。图片来自 Nuclera。

3D打印的药物发现潜力
加速药物发现也成为新兴 3D 生物打印技术的主要目标应用之一。

●今年早些时候，初创公司Nuclera筹集了 4250 万美元，用于推出新的eProtein 药物发现 3D 生物打印机，该打印机旨在生产研究蛋白质间相互作用所需的样本。

●Prellis Biologics于 2021 年 12 月筹集了 1450 万美元的 B 系列资金，以支持其开发新型药物发现平台。由于该公司的EXIS 3D 生物打印淋巴结能够打破阻止自身抗体发展的天然细胞故障保险，加快治疗研发。

●3D Systems 子公司是一家3D生物打印公司，其目标是开发药物发现工具。该公司已经推出了一个 h-VIOS 器官芯片平台，目前正在努力与药物采用者建立合作伙伴关系。