迈向早期癌症诊断新方法的重要一步
细胞机械特性的变化是癌症发展的最早迹象之一。到目前为止，在癌症诊断中使用力学的主要障碍之一是缺乏保证结果的可重复性和可靠性的标准化测量程序。感谢克拉科夫波兰科学院核物理研究所参与的欧洲科学合作，这一障碍现已消除。
当健康细胞转变为癌细胞时，它们的机械特性会发生变化。这一观察结果可用于快速检测患者的癌症，但前提是所采集样本的机械测量确实可靠。实现这一目标的重要一步是标准化测量的提议，该提议刚刚发表在著名的科学杂志《Nanoscale》上。发表的文章是来自阿姆斯特丹、巴塞罗那、不来梅、里尔、马赛、米兰、明斯特等欧洲大学以及位于克拉科夫的波兰科学院核物理研究所 (IFJ PAN) 的科学家们多年合作的成果。
1999年，IFJ PAN表明，相对于健康细胞，癌细胞的特点是细胞骨架变形能力增强，使其更容易挤过血液和/或淋巴系统的狭窄血管并形成转移。今天，我们知道乳腺癌、肠癌、膀胱癌或前列腺癌细胞在肿瘤转化的早期阶段就已经变得更软，而其他细胞，例如白血病，则变得更硬。尽管细胞机械性能的变化也可能是由其他因素引起的，例如炎症，但它的存在显然使得对患者进行进一步、更精确的检查不可避免。
“如果我们拥有可重复的测量程序，在适当的实验室设备的帮助下，我们就可以快速检测细胞机械特性的异常，强烈表明患者体内发生癌变的可能性，”Malgorzata 教授说Lekka (IFJ PAN) 指出，这里的“快速”一词具有双重含义：“一方面，我们可以尝试在癌症发展的初始阶段诊断癌症，此时其他测试通常尚未显示出显着的细胞变化。另一方面，测量过程本身并不是很繁琐——不需要大量的生物材料，也不需要花费很多时间。”
细胞生物力学特性的变化可以使用原子力显微镜(AFM)来测量。这种类型的设备通常用于对微观世界进行成像，即使在允许检测单个原子的尺度上也是如此。这里重要的一点是，在原子力显微镜中，可以通过探针将精确定义的力施加到正在研究的基材上。如果基质是细胞，则其机械响应使得可以确定弹性系数(杨氏模量)，并在此基础上得出有关细胞膜结构甚至细胞附近结构弹性的结论核。
原子力显微镜不是最昂贵的实验室仪器之一，但也不能说便宜。幸运的是，还有更简单的版本：称为压头的设备，它缺乏成像功能，但完全足以研究细胞的机械特性。
“因此，迄今为止限制我们诊断癌症方法发展的主要因素不是设备成本，而是缺乏合适的测量程序。坦率地说，在不同的实验室、不同制造商的设备、不同制备的样品上获得的结果没有足够的可重复性，无法用作进一步医疗行动方向的负责任决策的基础，”Lekka 教授解释道。
在他们的最新论文中，国际研究小组证明，通过遵循精心开发的程序，无论在何处进行测量或使用的设备制造商如何，相同的电池始终会获得相同的杨氏模量值。该协议包括样品制备、测量设备校准以及如何分析结果等内容。为了提高测量的可靠性，考虑肿瘤细胞沉积的坚硬基质的影响至关重要。
细胞机械特性的变化比癌症的光学变化更早发生，因此所提出的方法将使疾病能够比以前更早地被检测到。不同类型的癌症之间这一进展的价值可能会有所不同，但这只能由未来的研究来确定。然而，众所周知，新的诊断方法比目前用于癌症诊断的光学技术更灵敏。使用标准化测量程序，加上自动数据记录和分析，将使测试在更短的时间内进行。患者无需等待数周才能得到结果，只需几天即可收到结果。
在不久的将来，研究人员打算集中精力进一步减少假阳性诊断的数量，并在选定的疾病实体的研究中测试该程序。在癌症病变的机械检测技术到达医院之前，仍需要一个临床试验阶段，该试验将与感兴趣的医疗单位合作进行。
癌细胞力学的研究工作是 Phys2BioMed 项目的一部分，该项目由欧盟 Horizon 2020 计划的 Marie Skłodowska-Curie 资助。
Henryk Niewodniczański 核物理研究所 (IFJ PAN) 目前是波兰科学院最大的研究所之一。IFJ PAN 开展的研究范围广泛，涵盖基础研究和应用研究，从粒子物理学和天体物理学，到强子物理学、高、中、低能核物理、凝聚态物理(包括材料工程)，再到各种核物理在跨学科研究中的应用，涵盖医学物理、剂量学、辐射与环境生物学、环境保护等相关学科。IFJ PAN 的平均年发表量包括在高影响力国际期刊上发表的 600 多篇科学论文。该研究所每年举办约 20 场国际和国内科学会议。该研究所最重要的设施之一是布罗诺维采回旋加速器中心(CCB)，这是中欧独一无二的基础设施，是医学和核物理领域的临床和研究中心。此外，IFJ PAN 还运营着四个经过认可的研究和测量实验室。IFJ PAN 是 Marian Smoluchowski 克拉科夫研究联盟“物质-能量-未来”的成员，该联盟在 2012-2017 年享有物理学领先国家研究中心 (KNOW) 的地位。2017年，欧盟委员会授予该研究所人力资源卓越研究奖。根据教育和科学部的分类结果，该研究所在物理科学领域被列为A+类(波兰最高科学类别)。