新型成像設備助力醫學領域癌癥細胞和干細胞研究

在獲得博士學位以后，Debashish Roy開始著手創辦一家企業，主要生產他研究生期間曾經參與研制的生物成像設備系統。該系統在癌癥細胞和干細胞研究等領域具有應用潛力。但是很快，Debashish Roy意識到，他可以從美國國家航空航天局（NASA）獲得一些幫助，進一步優化其生物成像設備系統。

他回憶說：“在開發第一代系統時，我們不確定所采用的結構和配置是不是最佳選擇，或者說，我們不知道如何對部件進行測試和驗證以獲得最佳的性能。選擇和配置光學和機械部件需要高水平的專業技術知識。而那時，我們并不擁有能夠測試和試驗所有可能的系統配置的實驗室，我們甚至都沒有所需的測試設備。”

NASA格倫研究中心擁有Debashish Roy所需的實驗室、設備和專業技術知識。Debashish Roy新創辦的公司位于美國俄亥俄州克利夫蘭市，而格倫研究中心就坐落在同一城市的另一邊。2012年，當時剛剛接管格倫研究中心研究和工程部光學實驗室的光電工程師邁克爾·劉易斯（Michael Lewis）首次與Debashish Roy進行了交流。

Michael Lewis說：“我們的主要研究方向是為在國際空間站上使用的流體的燃燒和流體物理學研究開發診斷成像系統。光學通信、定制傳感器、基于光的代謝分析等工作也是該實驗室支持NASA任務的重點工作。該實驗室擁有各種光學平臺、照相機和其它成像系統、激光照明系統、光譜儀，以及電子設備等。”

Debashish Roy說：“我非常喜歡Michael Lewis的實驗室，這里有最酷的裝置和工具。”

Debashish Roy開發的系統名為“冰凍超薄切片機成像系統”。該系統能夠將含有生物樣本（典型代表是小白鼠）的冷凍樣品反復地切成極薄的片狀，并對其表面進行多次高分辨率成像，對具有熒光標記的細胞進行追蹤研究，最終重建一個包含樣品中所有的熒光細胞的位置和數量的數字三維版本的樣本。該系統應用的目的是追蹤實驗室小白鼠體內特定細胞的位置變化。Debashish Roy說：“如果想利用干細胞進行心臟修復，那么怎么能確定干細胞是否進入了心臟呢？腫瘤細胞是不是轉移到了其它部位并引發了新的腫瘤呢？為了回答這些問題，研究人員用熒光標簽對培養皿中的細胞進行標記，然后將這些細胞注射到小白鼠體內。在某一時期，研究人員將小白鼠冷凍，以保存細胞結構。然后，再利用冰凍超薄切片機成像系統將樣本切成薄片，同時在細胞分辨率下對樣本進行成像。”該系統能夠設定為自動模式，以完成這些工作。

2012年，Debashish Roy的初創公司BioInVision實現了CryoViz設備的商業化，但并未銷售出產品。除了優化現有系統外，Debashish Roy計劃開發一個體積更小、成本更低的版本。帶著這個想法，他申請參加了格倫研究中心的第一輪“城市幫扶計劃”。

“城市幫扶計劃”是NASA區域經濟發展計劃中的一個項目，由美國2011年發布的“強城市 強社區”計劃發展而來。該計劃旨在加強聯邦機構和區域企業及政府之間的合作。在“城市幫扶計劃”的支持下，格倫研究中心與克利夫蘭市凱霍加縣、制造業支持和增長網絡加強了聯系和合作，為經過篩選的中小型制造商提供40h的免費專業技術咨詢服務，幫助解決企業面臨的技術挑戰。如果能夠迅速解決問題，這種服務或將給企業帶來巨大的經濟回報。在該計劃支持下，Michael Lewis成為了BioInVision公司的幫扶專家。

Michael Lewis說：“最初，我對超薄切片機并不了解。但了解了超薄切片機的工作原理，以及Debashish Roy的研究目標之后，就產生了一些想法。該系統的基礎是高分辨率成像系統，而我們的光學實驗室里有很多照相機和光學儀器能夠實現高分辨率成像。此外，Debashish Roy的目標是開發一款體積更小、成本更低的超薄切片機，并不要求完全具備原來的性能。因此，我提出，采用將現有的商業部件集成的方式來制造設備，并優化系統的性能。”

Debashish Roy說：“例如，成像設備要能夠接收到暗淡的信號而不被明亮信號遮蓋，而且要達到減小尺寸的目的，選擇合適的傳感器、透鏡和其它光學元件至關重要。”

Michael Lewis最終為Debashish Roy提供了一份包含4～5種不同部件組合方式的詳細表單。他回憶說：“Debashish Roy認為，這是一種非常好的方式，不僅降低了系統的成本，而且還可獲得比預期更高的性能。”

盡管Debashish Roy和他的團隊仍在努力解決小型化版本的系統的機械問題，但他們幾乎立刻就開始將Michael Lewis提出的優化設計方案應用于他們的原始產品。Debashish Roy表示：“Michael Lewis的專業技術水平很高，升級后的CryoViz產品比初始版本更靈敏、更高效，制造成本也更低。”采用Michael Lewis的設計，BioInVision公司去除了一個產品部件，從而縮短了制造時間，降低了潛在的故障風險，減少了供應商。

BioInVision公司的行政和財務副總裁Anne Richie說：“對于一家初創公司來說，可能會出現設計缺陷或錯誤，造成資產損失，阻礙公司的發展。幸運的是，NASA格倫研究中心的幫助使BioInVision公司節省了開發成本，降低了設計缺陷帶來的潛在成本，降低了推廣成本。節省下來的資金能夠加快企業的發展。NASA格倫研究中心提供了適當的專業知識，而且他們與我們處于同一城市，這種對接非常方便、快捷，加快了合作的進程。”她指出，NASA格倫研究中心的專業知識幫助BioInVision公司在相關領域保持領先地位，作為科技公司，必須及時把握時機。

BioInVision公司現有8名員工，客戶遍及美國、加拿大、歐洲和亞洲等國家和地區。該公司同時提供產品和服務，例如，規模較大、業務較多的實驗室可以購買CryoViz設備，而小型實驗室可以將樣本交由BioInVision公司代為進行實驗和分析。

Debashish Roy說：“BioInVision公司在美國的服務能力非常強大。克利夫蘭大學附屬醫院醫學研究中心已經購買了CryoViz設備，為克利夫蘭地區的克利夫蘭診所和凱斯西儲大學等機構提供了研究支撐。”

BioInVision公司還被選為歐盟MERLIN項目的合作伙伴，該項目旨在開發基于干細胞治療肝臟疾病的方法。

Debashish Roy說：“干細胞能夠轉變成不同的細胞類型，因而有望治療或預防多種疾病。但是，科學家對于干細胞的了解還非常有限，例如，尚不清楚其是如何、為什么成為神經細胞或肌肉細胞的，其如何在身體里移動等。BioInVision公司在干細胞研究中發現了CryoViz設備的應用潛力。學術界能夠使用CryoViz設備開展基礎研究，增加對干細胞的了解；制藥公司可以使用CryoViz設備開發新的藥物產品；癌癥研究人員可以使用CryoViz設備追蹤癌細胞的移動和狀況。”

磁共振成像（MRI）和電子計算機斷層掃描（CT）等其它醫學成像技術的分辨率不夠高，不能夠對單個的細胞進行追蹤。

Debashish Roy的目標是在不久的將來制造出更小、價格更低的CryoViz設備版本，使更多的小型實驗室能夠使用這項技術。從長遠來看，他希望這項技術能夠幫助研究人員開發出新的干細胞療法，并在癌癥治療方法上取得突破。隨著CryoViz設備的進一步優化和完善，待獲得相關部門批準后，CryoViz設備也可應用于醫院臨床研究，如活體檢查等。所有這些對于解決人類健康問題來說都是至關重要的。

(唐 甜)