演講實(shí)錄：

“你有癌癥。”可悲的是，大約40％的人會(huì)在我們的一生中聽(tīng)到這幾個(gè)詞。這意味著，你最親密的朋友和親戚中，有五分之一將被診斷患有某種形式的癌癥。除了身體上的困難，在美國(guó)大約三分之一的癌癥幸存者將舉債而治療。他們至少比沒(méi)有癌癥的人宣布破產(chǎn)的可能性高兩倍半。癌癥是滲透性的，不僅給人帶來(lái)巨大的情感損失，同時(shí)，也耗費(fèi)家庭財(cái)力。

癌癥早期診斷技術(shù)，開(kāi)啟早期治療預(yù)警

但是癌癥診斷不一定是死刑。早期發(fā)現(xiàn)癌癥，在源頭時(shí)就進(jìn)行治療，是改善治療的關(guān)鍵，能最大程度上減少其帶來(lái)的情緒影響和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。最重要的是，早期發(fā)現(xiàn)癌癥極大地提高了你的生存幾率。例如，如果我們看看乳腺癌的情況，我們發(fā)現(xiàn)那些在早期被診斷而采取治療的患者的五年存活率接近100％——如果在第四階段接受治療，存活率便降至22％。而在結(jié)腸直腸癌和卵巢癌中，也存在類(lèi)似的趨勢(shì)。

▲癌癥早期診斷大大降低治療成本（圖片來(lái)源：Cancer Research UK）

現(xiàn)在，我們都知道，準(zhǔn)確的早期診斷對(duì)于生存至關(guān)重要。問(wèn)題是許多癌癥診斷工具是侵入性的，昂貴的，通常不準(zhǔn)確的，并且他們可能花費(fèi)大量的時(shí)間才能獲得結(jié)果。更糟的是，當(dāng)涉及到某些形式的癌癥，例如卵巢癌，肝癌或胰腺癌，良好的篩選方法根本不存在，這意味著人們通常等待出現(xiàn)身體癥狀后，而這時(shí)預(yù)示著已經(jīng)到了癌癥晚期。這就相當(dāng)于，在沒(méi)有預(yù)警系統(tǒng)的地區(qū)出現(xiàn)龍卷風(fēng)襲擊，由于沒(méi)有警報(bào)警告，所以當(dāng)危險(xiǎn)已經(jīng)在你的門(mén)口，當(dāng)你的生存機(jī)會(huì)大大減少。這就說(shuō)明，一款可負(fù)擔(dān)得起、無(wú)創(chuàng)性常規(guī)篩查方法倘若既方便又有可及性，將成為我們?cè)趯?duì)抗癌癥中強(qiáng)有力的武器。

早期預(yù)警將使我們能夠在疾病之前走出來(lái)，而不是僅僅在無(wú)情的追蹤中走下去。這正是我一直在做的。在過(guò)去三年中，我一直在開(kāi)發(fā)能夠最終幫助臨床醫(yī)生進(jìn)行快速，早期癌癥診斷的技術(shù)。我深受強(qiáng)烈的科學(xué)好奇心和激情，以致力于改變上述統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

個(gè)人經(jīng)歷，激發(fā)投身于癌癥診斷事業(yè)

然而，去年，當(dāng)我的妻子被診斷患有乳腺癌時(shí)，我也參與抗癌斗爭(zhēng)中。這方面的經(jīng)歷給我?guī)?lái)了一種強(qiáng)烈和前所未有的情感體驗(yàn)。我知道這種治療方案的選擇是如何影響生存的可能性，我深知癌癥可對(duì)家庭帶來(lái)情緒方面的破壞，而在我個(gè)人的情況下，我們還有兩個(gè)小女兒。因?yàn)槲覀兒茉缇桶l(fā)現(xiàn)，常規(guī)乳房X線檢查能幫助我們集中于局部腫瘤的治療選擇，這一方面又重申早期診斷的重要性。與其他形式的癌癥不同，乳房X線照片確實(shí)為乳腺癌提供早期篩查選擇。然而，并不是每個(gè)人都這樣做，或者他們可能在中年推薦乳腺X線檢查前就患上了乳腺癌。因此，這方面仍然有很大的改進(jìn)空間，即使對(duì)于那些有篩查方法的癌癥，當(dāng)然，這對(duì)那些沒(méi)有篩查方法的癌癥有更大的好處。

因此，癌癥研究者面臨的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)是開(kāi)發(fā)對(duì)多種類(lèi)型的癌癥進(jìn)行定期篩查的方法。想象一下，在定期體檢期間，您的醫(yī)生可以采取簡(jiǎn)單的，無(wú)創(chuàng)尿液樣本或其他液體活檢，并在您離開(kāi)醫(yī)生辦公室之前向您介紹結(jié)果。這種技術(shù)可以顯著減少通過(guò)早期癌癥診斷所遺落的人群范圍。

腫瘤快速診斷新方向

我的工程師和生物化學(xué)家研究團(tuán)隊(duì)正在努力解決這個(gè)挑戰(zhàn)。我們正在努力通過(guò)定期篩查的方法來(lái)激活早期癌癥報(bào)警，而定期篩查應(yīng)該成為健康人群體檢中的常規(guī)步驟，使在癌癥有任何預(yù)兆時(shí)，就可以采取行動(dòng)以阻止癌癥進(jìn)展。在這種情況下，有一個(gè)極佳的工具是微小的囊泡，通常是由外泌體所分泌的。外泌體是提供癌癥發(fā)展的早期預(yù)警系統(tǒng)的重要生物標(biāo)志物。由于它們大量存在于每種體液（包括血液，尿液和唾液）中，因此它們對(duì)于非侵入性液體活檢非常有吸引力。

▲外泌體可成為腫瘤診斷的新生物標(biāo)記物（圖片來(lái)源：《Journal of Extracelluar vesicles》）

目前有一個(gè)問(wèn)題：目前尚無(wú)用于快速篩選這些重要生物標(biāo)志物的自動(dòng)化系統(tǒng)。我們創(chuàng)造了一種我們稱為納米-DLD的技術(shù)，能夠精確地：自動(dòng)進(jìn)行外泌體（exosome）分離，以幫助快速癌癥診斷。外泌體是最新的預(yù)警武器，出現(xiàn)在液體活檢中。他們真的，真的很小。它們的直徑僅為30至150納米。這是如此之小，你可以將大約一百萬(wàn)外泌體塞進(jìn)單一紅細(xì)胞。這大概是高爾夫球和細(xì)砂粒之間的區(qū)別。

何為外泌體？

外泌體一直被認(rèn)為是細(xì)胞廢物的垃圾箱，而目前已發(fā)現(xiàn)細(xì)胞可通過(guò)產(chǎn)生和吸收這些含有表面受體，蛋白質(zhì)和其他遺傳物質(zhì)的外泌體而進(jìn)行交流。當(dāng)被相鄰細(xì)胞吸收后，上述外泌體會(huì)將其內(nèi)含物釋放到細(xì)胞中，這將給基因表達(dá)帶來(lái)根本性改變。這些改變有些是好的、壞的，壞的改變便會(huì)引起癌癥。因?yàn)橥饷隗w通常被包裹在母細(xì)胞中，并且包含了環(huán)境中的一部分，所以外泌體提供了該細(xì)胞的健康及其來(lái)源的基因方面的信息。所有這些品質(zhì)使外泌體成為獨(dú)一無(wú)二的信使，可能允許醫(yī)生在細(xì)胞層面了解你的健康。

▲外泌體介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞間的交流（圖片來(lái)源：Exosome RNA）

然而，為了早期診斷出癌癥，你必須經(jīng)?！睌r截“這些信息，以確定你身體內(nèi)究竟是何因素導(dǎo)致了癌癥，以決定何時(shí)開(kāi)始分期治療，這就是為什么定期篩查是如此重要，為什么我們正在開(kāi)發(fā)技術(shù)使這一切成為可能。雖然基于外泌體的診斷今年剛剛在市場(chǎng)上出現(xiàn)，目前它們還不是主流醫(yī)療保健的一部分。除了它們最近出現(xiàn)之外，限制這項(xiàng)技術(shù)廣泛采用的另一個(gè)因素是目前尚無(wú)自動(dòng)化的外泌體分離系統(tǒng)存在，以方便經(jīng)常性篩選活動(dòng)。當(dāng)前用于外泌體分離的黃金標(biāo)準(zhǔn)包括超速離心，而這需要昂貴的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)的過(guò)程，以及約30小時(shí)的時(shí)間來(lái)處理樣品。我們已經(jīng)提出了不同的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)從樣品如尿液的進(jìn)行自動(dòng)化外泌體分離。我們使用基于芯片的連續(xù)流分離技術(shù)，稱為確定性橫向位移。我們已經(jīng)完成了半導(dǎo)體行業(yè)在過(guò)去50年成功完成的任務(wù)。我們將這種技術(shù)的所實(shí)現(xiàn)的尺寸從微米尺度縮小到真正的納米尺度。

外泌體分離技術(shù)，腫瘤快速診斷新方法

那么它是如何工作的？簡(jiǎn)而言之，一組微小柱體由納米級(jí)間隙分隔開(kāi)，以這樣的方式排列，使得系統(tǒng)將流體分成不同的分支。這樣的話，其中較大的攜帶癌癥相關(guān)信息的納米顆粒便和較小的、健康細(xì)胞分離開(kāi)來(lái)，而這些健康的細(xì)胞會(huì)在流體流動(dòng)的方向上以Z字形運(yùn)動(dòng)繞柱子移動(dòng)。最終結(jié)果是這兩種粒子群體的完全分離。你可以看到這種分離過(guò)程，類(lèi)似于在高速公路上的交通分為兩條道路，一條道路進(jìn)入一個(gè)低凈空隧道在山下，而另一條道路繞過(guò)它。在這里，較小的汽車(chē)可以通過(guò)隧道，而攜帶潛在有害物質(zhì)的較大的卡車(chē)被迫采取繞行路線。這樣的話，由于顆粒的大小和所攜帶的信息，便形成了不同的分流，而完全不會(huì)影響這個(gè)流體進(jìn)行過(guò)程。這正是我們的系統(tǒng)在更小，更小規(guī)模上工作的方式。

尿液，血液或唾液樣品都可成為樣本

這里的想法是，篩選的分離過(guò)程可以像處理尿液，血液或唾液樣品一樣簡(jiǎn)單，這將在在未來(lái)幾年內(nèi)變?yōu)榭赡?。最終，它可以用于靶向分離和檢測(cè)與特定類(lèi)型的癌癥相關(guān)的外泌體，并在幾分鐘內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)和制出報(bào)告。這將實(shí)現(xiàn)無(wú)創(chuàng)快速診斷。廣泛地說(shuō)，以自動(dòng)化方式以納米級(jí)精度分離生物標(biāo)志物的能力，開(kāi)啟更好地了解諸如癌癥的疾病的大門(mén)，而這些應(yīng)用可用于從樣品制備到診斷，以及從耐藥性監(jiān)測(cè)到治療方案制備。

甚至在我的妻子發(fā)生癌癥之前，這是我的一個(gè)夢(mèng)想，促使這個(gè)過(guò)程的自動(dòng)化——使定期篩查變?yōu)榭赡?，?lèi)似于亨利·福特通過(guò)開(kāi)發(fā)流水線技術(shù)，提高汽車(chē)對(duì)普通人群的可及性。而自動(dòng)化是可及性的關(guān)鍵。在胡佛夢(mèng)想的精神，“每個(gè)鍋里都有雞和每個(gè)車(chē)庫(kù)里都有車(chē)”，而我們正在開(kāi)發(fā)一種技術(shù)，最終可以在每個(gè)家庭中提供癌癥檢測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。這將允許每個(gè)男人，女人和孩子有機(jī)會(huì)在他們?nèi)匀唤】禃r(shí)進(jìn)行癌癥定期測(cè)試，在第一時(shí)間時(shí)進(jìn)行癌癥診斷。

我的希望和夢(mèng)想是幫助世界各地的人們避免，目前癌癥患者所面臨的高成本——物力，財(cái)務(wù)和情感的支出，這也都是我所熟悉的困難。我也很高興地告訴大學(xué)，因?yàn)槲以缙诎l(fā)現(xiàn)了我妻子的癌癥，她的治療是成功的。幸運(yùn)的是，她現(xiàn)在已消除了癌癥。

這是我想看到的每一個(gè)癌癥診斷后的結(jié)果。由于我的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)完成了用于早期癌癥診斷工作的納米水平的生物標(biāo)志物的分離，我很樂(lè)觀的認(rèn)為在未來(lái)十年內(nèi)，這種類(lèi)型的技術(shù)將可用幫助保護(hù)我們的朋友，我們的家庭和子孫后代。即使我們?nèi)绱瞬恍?，被診斷患有癌癥，早期報(bào)警將提供一個(gè)強(qiáng)大的希望燈塔！