在OHSU奈特癌症研究所，患者是推动癌症早期检测和干预的首要考虑因素
张玉佳，硕士，南小林实验室的研究生，正在做一个成像实验。南实验室是OHSU奈特癌症研究所癌症早期检测高级研究中心（CEDAR）的几个实验室之一，该中心使用先进的成像工具、设备和技术来推进癌症的早期检测和干预。（OHSU/克里斯汀·托雷斯·希克斯）
对于萨迪克·埃森纳博士来说，与癌症作斗争是个人的事情。
Sadik Esener博士（OHSU）
在加入俄勒冈健康与科学大学之前，Esener在加州大学圣地亚哥分校任教30年。他拥有电气工程和纳米工程的背景，专注于癌症纳米技术。不幸的是，在一个月内，Esener的妻子和母亲都死于癌症。
他说：“我非常沮丧，因为当我在最好的癌症中心工作时，他们都因癌症去世了。”“我决定改变我的路线。”
那次失败使他的注意力转向了早期检测，他认为这对拯救生命至关重要。
Esener自OHSU奈特癌症研究所的癌症早期检测高级研究中心（CEDAR）成立以来一直领导该中心，并担任OHSU医学院早期癌症检测、生物医学工程的Wendt家族捐赠主席。
OHSU成像：高级成像研究中心帮助科学家做出突破性的发现
CEDAR成立于2017年，是耐克联合创始人菲尔·奈特（Phil Knight）和他的妻子佩妮（Penny）发起的10亿美元奈特癌症挑战的一部分，是首批致力于在早期阶段检测和预防致命癌症的中心之一。
Esener被它的使命和创建一个世界级的多学科中心的机会所吸引。今天，该中心汇集了200多名研究人员，从数学家、计算机科学家到生物学家、医生和工程师，共同推进癌症的检测和治疗。
“在雪松，每个人都有平等的发言权，”Esener说。“一些最出色的想法来自学员。我认为每个人的想法都应该认真听取。”
CEDAR的一项关键资产是使用先进的成像技术，这对于了解癌症的起源和进展至关重要。雪松大学的研究人员正在努力揭示癌症是如何开始、发展和潜在转移的。
“有许多癌症不会转移或变成侵袭性的，”Esener说。一些被称为恶性前期的疾病可能会增加一个人患癌症的风险，但不会变成癌症。成像可以帮助我们确定哪些可能成为侵入性的。”
在CEDAR，研究人员采用了多个成像水平。磁共振成像（MRI）通常用于临床环境，可以检测到通常已经进展的癌症。免疫组织化学用于观察免疫细胞如何与肿瘤相互作用。另一项技术是空间多组学成像，它揭示了肿瘤内细胞之间的详细相互作用，几乎就像翻译细胞之间是如何“交谈”的。
“通过成像，我们观察到肿瘤细胞‘说服’周围的健康细胞帮助它们生长，”Esener解释说。“肿瘤细胞不是杀死健康细胞，而是与它们结合，转化它们。”
CEDAR使用电子显微镜观察纳米级的相互作用，揭示癌细胞如何改变正常细胞。了解这些相互作用可能有助于研究人员开发早期检测系统和干预措施。
以下是一些利用成像技术推进癌症检测和预防前沿的雪松研究人员：
杰西卡·里斯特，博士（OHSU）
里斯特尔是雪松大学的一名科学家。之前，她在Joe Gray博士的实验室工作，现在是名誉教授，研究转移性癌症，但在过去的两年里，她已经过渡到早期癌症检测。
她在OHSU的多空间显微镜中心使用电子显微镜进行研究。里斯特是扫描电子显微镜方面的专家，这是一种利用聚焦电子束检查材料表面并产生高分辨率图像的技术。电子与样品的原子相互作用，产生信号，这些信号被收集并组合成图像。这种方法可以揭示样品的表面形貌、成分和三维结构等信息。
“在CEDAR，我们正在寻找最早的变化，从细胞正常到恶性前或恶性，”Riesterer说。“我们可以观察细胞内部，比较正常和患病的细胞，找到细胞开始看起来不同的确切时刻。”
能够精确定位细胞变化和癌变的确切时刻是开发早期干预措施的关键。里斯特尔还使用了体积电子显微镜，科学家可以在三维空间中拍摄高分辨率的细胞图像。
她说：“你可以以每像素4纳米的速度观察整个组织，这大致就像把一根头发剪成一千根一样。”
作为一名专职科学家，里斯特帮助其他研究人员完成他们的项目，同时也从事自己的研究。她目前的一个项目是寻找一种方法来简化数据集，以便更快地发现健康问题。
她说：“我们可以得到人体组织或小鼠组织的图像堆栈，然后重建它们，并制作出样本的三维模型。”“数据集非常庞大。我拍摄的每张地图都有600到1000张照片。如果你在多个病人或多个动物身上做这个实验，需要很长时间。所以这就是为什么我们正在研究这个计算管道来加快这个过程，这样病人就可以更快地得到结果。”
里斯特说，除了基础科学发现和更快的治疗过程之外，她和雪松大学其他科学家的研究还包括利用高分辨率成像技术，从个体层面观察细胞如何、何时以及为何发生变化，从而找到治疗癌症的个体途径。
她说：“我们希望达到个性化医疗的目的，所以如果我们能从每个人身上提取样本，从他们的疾病中提取样本，并观察它的进展，我们就能开始得到一些关于如何具体治疗的线索。”
“我喜欢把它想象成每个人都是自己的化学实验，”她继续说。“两个人来到诊所，他们患有相同的乳腺癌，相同的亚型，他们仍然经历着完全不同的环境因素和/或遗传因素。给这些人同样的药物，可能对一个人有效，但对另一个人无效。只是因为我们的构成稍有不同。”
张永焕博士（OHSU）
Chang是OHSU医学院计算生物学和生物医学工程副教授，是一名工程师。他于2015年来到OHSU，在OHSU空间系统生物医学中心（OCCSB）工作，在荣誉教授Gray的领导下工作。OCCSB的科学家们采用了系统生物学的方法，这意味着他们在最小的分子水平上观察整个人的空间尺度，随着时间的推移，观察变化。
在Chang的实验室里，他的团队正在开发一种新的计算工具，以帮助了解癌细胞的位置以及它们如何通过多重组织成像相互作用。为了做到这一点，他们使用最新的机器学习和深度学习方法来深入分析数据并整合来自不同来源的信息。
研究组织样本的传统方法涉及基本的染色技术，即苏木精和伊红染色，这有助于识别不同类型的细胞，但对其行为的了解有限。相反，Chang的实验室使用了一种称为多重组织成像的技术来识别不同的细胞类型和状态，比如免疫细胞是活跃还是衰竭，并观察这些状态如何影响与癌细胞的相互作用。
OHSU奈特癌症研究所提供最新的治疗方法、技术、数百项研究和临床试验
“你可以详细描述单个细胞的特征，”他说。“有了免疫细胞，你可以看到这个细胞是衰竭还是活跃。如果它在癌细胞附近活跃，它可能会杀死癌细胞。这种方法使我们能够了解免疫细胞如何根据它们的接近程度和状态与癌细胞相互作用。”
作为他在CEDAR工作的一部分，Chang正在开发一种多路组织成像的基础模型。Chang说，多路成像面临着技术挑战，包括它可以处理的标记数量。在最近发表在《通讯生物学》上的一篇论文中，他的团队介绍了一种新的深度学习方法，可以将所需的标记从25个减少到9个。
“这种方法使过程更快，允许更详细的分析和降低成本，”Chang说。“我们已经证明，我们的预测是可靠的，适用于不同类型的癌症，如乳腺癌和结直肠癌，证明它适用于各种组织。”
南晓琳博士（OHSU）
南是一名训练有素的物理化学家，是OHSU医学院生物医学工程副教授，也是CEDAR的成员，在获得博士学位和超分辨率显微镜的博士后期间，他从事相干拉曼散射显微镜的研究，这两项技术在当时都是领先的技术。相干拉曼散射是一种使用两个非常快的激光拍摄样品而不需要任何特殊污渍的方法，同时也能够区分不同的化学物质。另一方面，超分辨率显微镜是一种技术，它打破了常规显微镜对小细节可见程度的限制，显示出小到几纳米的微小特征。
现在在他的实验室和CEDAR， Nan的研究通过揭示生物分子如何在从单分子（纳米）到多细胞结构（毫米）的尺度上协同工作来解决癌症。他正在开发先进的成像技术，实现多物种和多长度尺度的成像。他的团队开发了成像工具，如多光谱超分辨率显微镜，他们称之为MSSRM，以最小的颜色通道之间的串扰促进多色成像；改进的dna介导点积累成像纳米级地形，或DNA-PAINT，更大的视场和更快的成像速度；并优化了相关光学和电子显微镜，即CLEM，将超分辨率显微镜与安装在OHSU的顶级电子显微镜相结合。
“我们工作中最令人兴奋的方面之一是使用这些工具来了解早期癌症的分子和细胞变化，”南说。
“癌症早期组织超微结构的变化可能会逃避常规成像，但它们可以很容易地在我们的显微镜上捕捉到，”他继续说。“这可以帮助我们更好地了解癌症的发展，并有望发现新的生物标志物。”
Nan正在研究某些分子，如Ras蛋白和HER受体，如何在细胞中发挥作用，以更好地理解控制细胞行为的复杂网络。Nan说，以胰腺癌为例，90%以上的肿瘤都有K-RAS突变。为了治疗胰腺癌，重要的是要了解这种突变的K-RAS与正常版本的行为有何不同。在其他类型的癌症中，研究人员更多地关注HER受体，以及它们如何协同工作来驱动癌症，使其更难治疗。
南和他的团队建立了检测单个分子的工具。他的实验室也在CEDAR研究早期癌症检测，旨在创建超灵敏的检测方法，以发现血液或组织样本中与癌症相关的标志物。他们最近的研究发表在ACS纳米杂志上，展示了他们如何使用一种称为表面等离子体共振的方法来检测这些分子。
Sebnem Ece Eksi博士（OHSU）
Eksi是OHSU医学院和CEDAR的肿瘤学助理教授，处于癌症研究新领域的前沿：神经系统和癌症之间的交流，也被称为癌症神经科学。在2021年发表在《自然通讯》上的一项研究中，Eksi的团队发现了两种神经细胞使用的信号蛋白，它们在前列腺肿瘤中变得活跃，并与肿瘤侵袭性增加有关。Eksi说，如果没有先进的成像技术，这些发现是不可能的。
“自1897年以来，人们就观察到神经系统和慢性压力与癌症的生长有关，”Eksi说。“直到最近，借助先进的成像工具，我们才能够直接观察到这些相互作用，并开始了解神经系统信号如何影响癌细胞的行为。新出现的证据表明，来自神经系统的信号可能在促进更具侵略性的癌症表型中发挥作用。”
自该研究发表以来，Eksi和她的团队一直专注于利用空间成像技术开发刺激癌细胞的特定标记物。他们使用多重成像来同时检测组织样本中的多种疾病特异性生物标志物。
专门研究前列腺肿瘤，Eksi试图发现为什么有些癌症变得更具侵袭性和扩散，而另一些却没有。令人感兴趣的途径之一是神经系统的作用，特别是激活“战斗或逃跑”反应的某些神经，潜在地推动癌细胞扩散和增殖。
利用空间成像技术，研究人员可以锁定突触分子在前列腺肿瘤中的作用。
埃克西说：“在过去的几十年里，我们了解到，当我们在晚期发现这些癌症时，治疗选择是有限的，而且由于当时的治疗是多么具有侵入性，这对患者造成了伤害。”“这就是为什么雪松的工作如此重要。在肿瘤生长的早期阶段，治疗选择是有针对性的。”
