在過去的十年中，在包括材料科學(xué)、微細(xì)加工、納米、微流控芯片技術(shù)、成像領(lǐng)域的進(jìn)步的推動(dòng)下，工程學(xué)、物理學(xué)和腫瘤學(xué)結(jié)合應(yīng)用呈現(xiàn)指數(shù)式增長，在四個(gè)重要領(lǐng)域取得的重大突破：

一、腫瘤的物理微環(huán)境，

腫瘤微環(huán)境（TME），又稱腫瘤基質(zhì)（tumorstroma） 細(xì)胞，成分由惡性腫瘤細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞組成，后者包括成纖維 細(xì)胞、免疫細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞 非細(xì)胞成分包括細(xì)胞外基質(zhì)和分泌到細(xì)胞外的分子。

圖一，腫瘤學(xué)中工程和物理科學(xué)概覽。

腫瘤微環(huán)境包括血管和淋巴管的壓縮、加筋和過量的細(xì)胞外基質(zhì)（ECM），和癌細(xì)胞糖萼。

血管塌陷和固體應(yīng)力增加，導(dǎo)致輸送到腫瘤組織的藥物受限。周圍的陡增的壓力促使液體從腫瘤邊緣的血管流入周圍正常組織，促進(jìn)生長因子和癌細(xì)胞進(jìn)入正常組織，從而促進(jìn)腫瘤生長、血管生成和轉(zhuǎn)移。壓力梯度也降低了藥物的保留時(shí)間，抑制了腫瘤內(nèi)均勻分布。

成像、藥物傳遞和微細(xì)加工的進(jìn)展都被用于檢測、操作和治療靶向微環(huán)境的各個(gè)方面。例如：CT、計(jì)算機(jī)斷層掃描、CTC、循環(huán)腫瘤細(xì)胞、磁共振成像、磁共振成像、正電子發(fā)射斷層顯像。

二、藥物載體技術(shù)的進(jìn)步

圖二，增強(qiáng)癌癥免疫治療的藥物載體

a. 在缺乏靶向配體的情況下，納米粒子庫經(jīng)過工程處理，擁有不同的表面電荷。

通過調(diào)節(jié)脂質(zhì)傳遞材料與封裝RNA數(shù)量的比值來改變納米顆粒的電荷量。然后在小鼠體內(nèi)篩選這些物質(zhì)，以有效地在脾臟和其他淋巴器官中遞送和轉(zhuǎn)染樹突狀細(xì)胞。帶有輕微負(fù)電荷的首要候選者通過納米RNA疫苗進(jìn)入小鼠體內(nèi)，靶向前體樹突狀細(xì)胞，使其發(fā)展成為成熟的、呈現(xiàn)抗原的樹突狀細(xì)胞，移動(dòng)到淋巴結(jié)T細(xì)胞。

b. 通過類漿細(xì)胞提取的]樹狀突細(xì)胞，促進(jìn)干擾素(IFNα)  初始波的分泌

b. 攝取的漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞促進(jìn)第一波干擾素（IFNα）產(chǎn)物分泌，有助于活化淋巴結(jié)中的初始T細(xì)胞活化。

c. 成熟樹突狀細(xì)胞表達(dá)來源于RNA的腫瘤抗原，表達(dá)載體中的佐劑和抗原，并將他們送給淋巴結(jié)T細(xì)胞。

d. 通過巨噬細(xì)胞提取載體，導(dǎo)致第二波的IFNα釋放，全面啟動(dòng)T細(xì)胞對特異性抗原。被活化的T細(xì)胞遷移到腫瘤部位，攻擊和殺死腫瘤細(xì)胞。

三、細(xì)胞和分子成像

分子成像(molecular imaging)是近來出現(xiàn)的一個(gè)生物醫(yī)學(xué)新領(lǐng)域。廣義上，分子成像是指活體內(nèi)的生物過程在細(xì)胞和分子水平上特征的顯示和測定。

相對于經(jīng)典的影像診斷學(xué)，分子成像偏重于疾病的基礎(chǔ)變化、分子水平的異常，而不是分子改變的最終效應(yīng)。

其主要目的是發(fā)展和測試體內(nèi)特異性分子(疾病過程中的關(guān)鍵性靶目標(biāo)) 成像的新工具、試劑和方法。以往對疾病的評價(jià)僅限于解剖改變或以分子改變形式表現(xiàn)出的生理變化。

解剖成像可以獲得斷層圖像，而大多數(shù)分子成像卻能夠提供體內(nèi)分子標(biāo)記物的定量和定位信息。可以說，分子成像是對傳統(tǒng)解剖成像的有力補(bǔ)充：

在分子水平上借助于化學(xué)和生物制劑的作用使分子成像，有利于臨床前疾病的無創(chuàng)檢查，有助于制定更適合的治療方案并指導(dǎo)治療，有助于客觀地評價(jià)治療效果，有助于加速藥物開發(fā)過程等，

這些都直接關(guān)系到病人的治療與保健。

目前，分子成像技術(shù)主要有核素成像、磁共振成像和光學(xué)成像等。

分子成像的應(yīng)用

基因治療及基因治療中的基因傳遞和表達(dá)成像。

可用于標(biāo)記細(xì)胞、微生物和轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的成像

揭示分子間相互作用

揭示機(jī)體的生理病理改變過程

小動(dòng)物成像的研究

四、微流控芯片技術(shù)和微細(xì)加工

　 微流控芯片技術(shù)(Microfluidics)是把生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)分析過程的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測等基本操作單元集成到一塊微米尺度的芯片上， 自動(dòng)完成分析全過程。

微細(xì)加工Microfabrication，是制造的微米及更小尺度微型結(jié)構(gòu)的過程。

這些新興領(lǐng)域?qū)槟[瘤學(xué)的研究提供更多機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

文獻(xiàn)鏈接：

https://www.nature.com/nrc/journal/vaop/ncurrent/full/nrc.2017.83.html

（文章來源:Nature 作者：Michael J. Mitchell,Rakesh K. Jain& Robert Lange 轉(zhuǎn)載僅供參考學(xué)習(xí)及傳遞有用信息，版權(quán)歸原作者所有，如侵犯權(quán)益，請聯(lián)系刪除）