在過去的十年中，在包括材料科學、微細加工、納米、微流控芯片技術、成像領域的進步的推動下，工程學、物理學和腫瘤學結合應用呈現指數式增長，在四個重要領域取得的重大突破：

一、腫瘤的物理微環境，

腫瘤微環境（TME），又稱腫瘤基質（tumorstroma） 細胞，成分由惡性腫瘤細胞和基質細胞組成，后者包括成纖維 細胞、免疫細胞、內皮細胞、平滑肌細胞 非細胞成分包括細胞外基質和分泌到細胞外的分子。

圖一，腫瘤學中工程和物理科學概覽。

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

血管塌陷和固體應力增加，導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，促進生長因子和癌細胞進入正常組織，從而促進腫瘤生長、血管生成和轉移。壓力梯度也降低了藥物的保留時間，抑制了腫瘤內均勻分布。

成像、藥物傳遞和微細加工的進展都被用于檢測、操作和治療靶向微環境的各個方面。例如：CT、計算機斷層掃描、CTC、循環腫瘤細胞、磁共振成像、磁共振成像、正電子發射斷層顯像。

二、藥物載體技術的進步

圖二，增強癌癥免疫治療的藥物載體

a. 在缺乏靶向配體的情況下，納米粒子庫經過工程處理，擁有不同的表面電荷。

通過調節脂質傳遞材料與封裝RNA數量的比值來改變納米顆粒的電荷量。然后在小鼠體內篩選這些物質，以有效地在脾臟和其他淋巴器官中遞送和轉染樹突狀細胞。帶有輕微負電荷的首要候選者通過納米RNA疫苗進入小鼠體內，靶向前體樹突狀細胞，使其發展成為成熟的、呈現抗原的樹突狀細胞，移動到淋巴結T細胞。

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

b. 攝取的漿細胞樣樹突狀細胞促進第一波干擾素（IFNα）產物分泌，有助于活化淋巴結中的初始T細胞活化。

c. 成熟樹突狀細胞表達來源于RNA的腫瘤抗原，表達載體中的佐劑和抗原，并將他們送給淋巴結T細胞。

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

三、細胞和分子成像

分子成像(molecular imaging)是近來出現的一個生物醫學新領域。廣義上，分子成像是指活體內的生物過程在細胞和分子水平上特征的顯示和測定。

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

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

解剖成像可以獲得斷層圖像，而大多數分子成像卻能夠提供體內分子標記物的定量和定位信息。可以說，分子成像是對傳統解剖成像的有力補充：

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

這些都直接關系到病人的治療與保健。

目前，分子成像技術主要有核素成像、磁共振成像和光學成像等。

分子成像的應用

基因治療及基因治療中的基因傳遞和表達成像。

可用于標記細胞、微生物和轉基因動物的成像

揭示分子間相互作用

揭示機體的生理病理改變過程

小動物成像的研究

四、微流控芯片技術和微細加工

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

微細加工Microfabrication，是制造的微米及更小尺度微型結構的過程。

這些新興領域將為腫瘤學的研究提供更多機遇和挑戰。

文獻鏈接：

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 轉載僅供參考學習及傳遞有用信息，版權歸原作者所有，如侵犯權益，請聯系刪除）