ExoSCOPE：世界首例实时监测癌症治疗成功的好帮手

诸平

Fig. 1 Assistant Professor Shao Huilin (left) and Dr Sijun Pan (right) and their team from NUS Biomedical Engineering and Institute for Health Innovation & Technology have developed ExoSCOPE, the world’s first blood test that measures the effectiveness of cancer treatment within 24 hours after treatment initiation.

Fig. 2

据新加坡国立大学（National University of Singapore简称NUS）2021年6月7日提供的消息，该校的研究人员开发出世界上第一个实时监测癌症治疗成功的血液测试系统——ExoSCOPE，该测试可在治疗开始后24小时内准确分类疾病状态并确定治疗结果。相关研究结果于2021年3月8日在《自然纳米技术》（Nature Nanotechnology）杂志网站发表——Sijun Pan, Yan Zhang, Auginia Natalia, Carine Z. J. Lim, Nicholas R. Y. Ho, Balram Chowbay, Tze Ping Loh, John K. C. Tam, Huilin Shao. Extracellular vesicle drug occupancy enables real-time monitoring of targeted cancer therapy. Nature Nanotechnology, 2021,  DOI: 10.1038/s41565-021-00872-w. Published: 08 March 2021. https://doi.org/10.1038/s41565-021-00872-w

上述图1（Fig. 1）照片是新加坡国立大学生物医学工程和健康创新与技术研究所（NUS Biomedical Engineering and Institute for Health Innovation & Technology简称iHealthtech）的邵慧琳助理教授（Shao Huilin，左）和潘思君博士（Dr Sijun Pan，右）以及他们的团队开发了 ExoSCOPE，这是世界上第一个可在癌症治疗开始后，24小时内测量癌症治疗效果的血液测试系统。

正在接受靶向治疗的癌症患者可以期待在治疗开始后的一天内进行新的血液检测，该检测可以告诉他们的医生治疗是否有效。这将显著加快评估过程，并使医生能够在必要时调整治疗计划，以提高患者康复的机会。

与干扰所有快速分裂细胞并对细胞造成广泛损伤的传统化学疗法不同，靶向药物攻击特定分子，这些分子指导癌细胞生长和扩散，进而阻止癌症的异常生长。 尽管靶向药物具有特定性质，但目前对其治疗实体瘤的临床评估主要依赖于不敏感和延迟的肿瘤体积成像或侵入性组织活检。

新加坡国立大学（NUS）生物医学工程系（Department of Biomedical Engineering）和健康创新与技术研究所（ Institute for Health Innovation & Technology 简称iHealthtech）的邵慧琳助理教授和她的研究团队开发出了一种准确、微创并显著提高评估窗口的技术，通过使用液体活检。

癌症治疗后 24 小时内可获得的成功率（Success rate available in 24 hours after cancer treatment），该技术被称为小分子化学占据和蛋白质表达的细胞外囊泡监测 (ExoSCOPE)，是世界上同类技术中的首创。它利用癌细胞分泌并在血液中循环的细胞外囊泡 (extracellular vesicles简称EV) 作为实体瘤药物有效性的反映指标。

首席科学家邵慧琳助理教授说：“肿瘤成像等传统程序不仅昂贵而且延迟。对于这些方法，治疗效果只能在数周后确定。使用ExoSCOPE，我们可以在治疗开始的24小时内直接测量药物有效性的结果。这将显著减少癌症治疗监测的时间和成本。”

她补充说：“这种方法只需要少量的血液样本进行分析，每次测试只需不到一小时即可完成。因此，它的侵入性更小，但信息量更大。通过这种方式，医生可以监测患者的反应在治疗过程中更规律地进行治疗，并及时调整定制治疗方案以获得更好的治疗结果。”

药物相互作用的灵敏测量（Sensitive measurement of drug interactions）

为了通过血液样本对药物功效进行灵敏、快速的分析，新加坡国立大学研究团队开发了 ExoSCOPE 作为集成纳米技术平台。它测量EV，这是一种膜囊泡，其尺寸至少比人类头发的直径小100倍，在传统光学显微镜下是看不见的。在成功的癌症治疗过程中，当靶向抗癌药物附着在癌细胞上并干扰肿瘤生长时，被治疗的细胞将释放到含有药物的血流中。ExoSCOPE平台利用化学生物学和传感器开发的互补方法来测量EV中这些微妙的药物变化。

新加坡国立大学 iHealthtech研究员、该论文的共同第一作者潘思君（Sijun Pan） 博士说：“目前测量药物-靶标相互作用的技术需要复杂的处理和侵入性组织活检，限制了它们在癌症治疗监测中的临床应用。通过使用专门设计的化学探针，我们的平台在捕获和标记少量血液样本中的EV以评估药物与靶标相互作用方面具有高度敏感性。”

来自新加坡国立大学生物医学工程系和 iHealthtech 的博士生、该研究的共同第一作者张彦（Yan Zhang）说：“ExoSCOPE传感器包含数百万个金纳米环，用于捕获EV并放大其药物标记信号以诱导强光信号。然后处理这些光信号以给出指示药物有效性的数据。”

使用开发的ExoSCOPE平台，该团队收集了有关不同类型EV及其药物变化的信息，这些信息均是在接受各种靶向治疗后获得的。该平台不仅可以识别癌症释放的EV，还可以监测它们随时间的药物动态，以准确区分治疗敏感性和耐药性。

助理教授邵慧琳解释说：“现有的血液药代动力学或药效学方法测量血液中的总药物浓度。这种整体信息并不反映药物在肿瘤中的功效。然而，ExoSCOPE测量癌症释放的EV中的药物变化以准确反映肿瘤治疗反应。”

令人鼓舞的临床研究结果（Encouraging results from clinical study）

在一项涉及 106 名患者的 163 份血液样本的临床试验中，ExoSCOPE在肺癌患者身上显示出令人鼓舞的结果，能够及时评估患者的靶向治疗结果。与在整个治疗方案结束时进行的肿瘤体积成像黄金标准相比，ExoSCOPE实现了95%的准确率，但在治疗开始后的 24 小时内。

该技术卓越的分析性能为使用血源性EV监测人体中药物与蛋白质靶标之间的不同相互作用铺平了道路。

邵慧琳助理教授说：“ExoSCOPE 为靶向药物选择和实时治疗监测提供了基于血液的药物评估范式转变，该技术还可以使临床上能够做出更及时的治疗决定。”

下一步（Next steps）

由9名成员组成的 NUS 团队用了两年时间（2019-2021）来开发和验证ExoSCOPE平台。他们的下一个挑战是扩展平台以测量不同药物的功效，并将该技术应用于从癌症到心血管和神经系统疾病的一系列疾病。ExoSCOPE已申请专利，新加坡国立大学团队希望在未来3年内将这项技术推向市场。

邵慧琳说：“我希望我们的技术能够为个性化治疗做出贡献，指导不同治疗方法、剂量和持续时间的选择，并改善治疗效果。”

上述介绍仅供参考，欲了解更多信息敬请注意浏览原文或者相关报道。

Abstract

Current technologies to measure drug–target interactions require complex processing and invasive tissue biopsies, limiting their clinical utility for cancer treatment monitoring. Here we develop an analytical platform that leverages circulating extracellular vesicles (EVs) for activity-based assessment of tumour-specific drug–target interactions in patient blood samples. The technology, termed extracellular vesicle monitoring of small-molecule chemical occupancy and protein expression (ExoSCOPE), utilizes bio-orthogonal probe amplification and spatial patterning of molecular reactions within matched plasmonic nanoring resonators to achieve in situ analysis of EV drug dynamics. It measures changes in drug occupancy and protein composition in molecular subpopulations of EVs. When used to monitor various targeted therapies, the ExoSCOPE revealed EV signatures that closely reflected cellular treatment efficacy. We further applied the technology for clinical cancer diagnostics and treatment monitoring. Using a small volume of blood, the ExoSCOPE accurately classified disease status and rapidly distinguished between targeted treatment outcomes, within 24 h after treatment initiation.