看演唱会时,手中挥舞的荧光棒,点亮了夜空。
当荧光和近红外光结合,用于医学与生命科学领域,这是不是更酷?日前,记者从浙江大学(临平)基础医学创新研究院了解到,一项名为“近红外Ⅱ区荧光+可见光”双通道成像导航系统的科研项目取得新进展,并在糖尿病足、皮瓣手术、肿瘤切除及淋巴结清扫等外科手术中做了应用研究,能够给手术“导航”。
怎样才能精准“挖笋”
这是个技术活
走进浙江大学国际联合学院(海宁国际校区)的先进光子学国际研究中心,钱骏教授正在指导学生做科研。
“你看,通过荧光成像就能发现,小鼠的左后腿有个淋巴结。”他指着电脑显示屏上画面说,随后又搬来一台仪器,荧光图像被实时完整地投射到小鼠腿部,科研人员一眼就能发现皮肤下淋巴结的位置。
如果将淋巴结换成肿瘤,那么医生在这台光学仪器的帮助下,凭肉眼就能判断肿瘤的位置和大小。
钱教授用“挖笋”来比喻。因为有土层覆盖,我们东一锄头西一锄头,很难找到冬笋。现在有了新技术,用光一照,就能显示笋长在哪儿,一挖一个准。
作为博士生导师、教育部青年长江学者、浙江大学光及电磁波研究中心主任,钱骏锚定了光学与医学的跨界融合,“我们和很多外科医生交流过,他们希望能有一种工具,帮助‘点亮’病灶,这样做手术时就能更精准。”比如,如何判断糖尿病足哪些地方供血不足?肉眼是看不到里面血管的。再比如,克罗恩病做肠道切除手术,如何判断哪些组织已坏死,必须切?切多了会影响患者术后营养吸收,切少了病患处还在。
我们所熟知的检查手段有很多种,如X光、CT、核磁共振和B超等。但是,大多用于术前检查,很少在术中实时使用,原因有很多——
有的仪器太大,如核磁共振,不够便携;CT有辐射,患者“照”一次还行,但外科医生需经常做手术,长此以往会影响健康;B超,需要涂耦合剂(胶冻状物质),开放式手术不适用。
光学成像,为术中导航推开了“一扇窗”。
肉眼看不见
请近红外光帮忙“找笋”
光是电磁波的一种形式,根据人的肉眼是否能看到,划分为可见光和不可见光。
人眼可感知的电磁波波长可在380nm—780nm(纳米)。可见光谱由颜色不一的光组成,如红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。
不可见光就是人眼看不到的光,包括无线电波,微波,红外光,紫外光,X射线,γ射线等。其中,近红外光是人们发现的第一种非可见光,美国材料检测协会将其光谱区定义为780nm—2526nm。
近红外光谱区根据波长不同,通常被划分为多个区域,近红外Ⅰ区(700nm—900nm)和近红外Ⅱ区(900nm—1880nm)是两个重要的区域。“近红外光在生物组织中有较强的穿透能力,得益于这些年近红外荧光材料以及近红外光学元器件的发展,利用近红外荧光成像技术对深层组织进行精准检测,已成为可能。”钱教授说。
为什么要有荧光材料呢?这就像往清澈的河水里倒一桶绿色染料,通过绿色就能判断流水的速度和方向。通过特定的生物修饰,荧光材料在正常组织中不会积累,但是如果遇到肿瘤等病灶组织则会蓄积,医生就能看到荧光散发的“亮点”,以此做出判断。
其实,近红外Ⅰ区的光谱,已被广泛应用于生物医学、分析化学、材料科学等领域。当然,相比于近红外Ⅱ区光,Ⅰ区光抗散射能力更弱,成像相对模糊一些。好比我们有了近视眼,近红外Ⅰ区荧光成像,就像配了一副度数不是很精准的眼镜,戴上后看东西清楚了一些,但还不够。近红外Ⅱ区荧光成像,则是一副调焦更为精准的眼镜。
科学理论上没有问题,但是要将科学研究转化为科技创新产品,还有很多坎。
形成新质生产力
创新孵化平台来加薪助燃
“我们正在打瞌睡呢,有人就递来了枕头。”钱骏说。
2020年,浙江大学(临平)基础医学创新研究院将他的课题列为首批创新生物医药转化项目。“我们坚持‘从0到1’源头创新,推动基础医学与临床医学的交叉融合,力争孵化出若干个全球首创靶标的创新药物和新型医疗器械。”研究院院长杨巍教授说。
该研究院由浙江大学和临平经济技术开发区合作共建,是我国首个由基础医学学科为主导、以原创基础研究成果转化为目标的创新平台。自成立以来,研究院已经进行了4批项目的征集和筛选,项目来自北京大学,浙江大学,厦门大学,中国药科大学,南方医科大学,澳门大学等国内外知名学府,立项金额接近1个亿,并已对32个项目拨付近3000万元的孵化资金。
研究院安排专人与钱教授进行项目对接,“不仅支持研究经费,还在政策上给予指导,帮助安排路演,对接投资机构等。”去年,该课题成功申报临平区第五批“鼎湖”高层次人才创新创业项目。
项目研发三年多以来,钱骏教授带领团队实现了三步跨越:一是把近红外Ⅱ区荧光医疗成像设备研发出来,做到“能用”,但还比较笨重;二是对硬件进行改善,更便携,成本更低,实现“易用”;三是把可见光和荧光图像完全实景融合,达到“好用”。
为什么要把两个波段的图像融合在一起呢?如果分开,荧光影像必须显示在电子屏上,医生需要看着电子屏做手术。融合后,医生只要对着患者的手术部位,直接操作就行了,不必一心二用。“我们与浙大附属邵逸夫医院、省妇保等三甲医院合作,在骨科、普外科、甲乳外科等的临床诊断和术中导航中,做了尝试和应用。”钱教授说。
对于科研项目孵化所取得的成绩,杨巍院长充满感慨:“科学研究是新质生产力的基础,科技创新是新质生产力的引擎,创新创业则是新质生产力的支撑。三者是相互交织的圆环,互相影响,形成一张科创网,共同推动新质生产力发展。”