它被称为“幻影”，但一点也不可怕。事实上，对于需要切除肿瘤的患者来说，这项技术可能有助于推进一种前景广阔的手术方法。
由德克萨斯理工大学爱德华·E·惠特克工程学院机械工程系助理教授Indrajit Srivastava开发的这些3D幻影模型旨在模仿肿瘤的光学和物理特性。这些模型长约几厘米，由脂质、血红蛋白、酶和肿瘤细胞等物质组成，并用明胶固定，3D生物打印成各种实际肿瘤的形状。
Srivastava之所以创建这些逼真的模型，是为了更好地测试他在余辉成像领域的研究。他认为，这种方法比荧光引导手术更为有效，因为余辉成像的光线能够更深地穿透肿瘤，并持续更长时间——最长可达10分钟，从而为外科医生提供更充足的时间进行精确切除。
然而，在余辉成像技术能够广泛采用之前，Srivastava还需要完成更多研究，这可能需要在小鼠身上进行测试。但他说，这种方法存在诸多缺点，其中之一便是不可靠性。
“正如你所预料的，小鼠的皮肤非常薄——只有几毫米厚，而人类则完全不同，因为我们有脂肪、肌肉和组织层，这些都会影响成像剂的性能，”Srivastava解释道。“因此，小鼠实际上并不是这些研究的最佳模型。”
这种差异导致许多新的成像剂无法在手术室中使用，因为这些测试往往在较大对象或人类身上表现不佳。Srivastava认为，他的3D幻影模型可以消除对重新设计的需求，因为它们包含了人体肿瘤中存在的所有元素。
“如果某种纳米颗粒或成像剂穿过人工肿瘤，它可以模拟该环境，并且其光学信号会受到类似于在人类患者中的影响，”他说。“这实际上比动物研究便宜得多，因为你可以进行更多的实验以获得统计学意义。”
2023年加入德克萨斯理工大学后，Srivastava凭借其在手术技术方面的专长被招募到校，并很快通过Srivastava实验室开始了该项目的研究工作。该项目由机械工程博士生Asma Harun和前生物化学本科生Nate Bendele主导。
参与该研究的其他实验室成员包括生物化学本科生研究人员Isabella Vasquez和Jonathan Djuanda，以及机械工程博士生Hasnat Rashid。该项目还与其他德克萨斯理工大学及德克萨斯理工大学健康科学中心的Gordon Christopher、Joshua Tropp、Paul Egan和Ulrich Bickel博士的实验室展开了小型合作。
经过一年半的数据收集，团队撰写了一篇题为《用于评估近红外I/II纳米颗粒在荧光引导手术干预中的3D肿瘤模拟幻影模型》的论文，并已发表在《ACS Nano》上。
“这是很多人感兴趣的事情，”Srivastava说。“德克萨斯理工大学内有很多人希望与我们合作，现在我还有来自莱斯大学（Rice University）和德克萨斯大学圣安东尼奥分校（University of Texas at San Antonio）的合作者，他们希望我们的幻影模型能探索和研究他们的成像剂。所以这让我感到兴奋。”
Srivastava预计，一旦他于10月在生物医学工程学会全国会议上展示这项工作，他会收到类似的合作请求。为了支持这些合作，Srivastava将尝试寻找一种比明胶更好的结合剂，以便更有效地应对运输过程中遇到的温度波动。
展望未来，他还将专注于开发一种方法，使幻影模型中的肿瘤细胞存活更长时间。
“一旦这些细胞进入幻影模型，它们就会慢慢开始死亡，”Srivastava说。“我们正在努力制造一种能让肿瘤细胞在数周内保持存活的幻影模型。这样，当你进行成像时，实际上是在对一个活体肿瘤进行成像，这可以为外科医生提供更多有用的光学信息。”
Srivastava认识到，美国食品药品监督管理局（FDA）和国立卫生研究院（NIH）正朝着更加以人为中心的研究方向发展，而他的3D幻影模型可以支持这一转变。
“我认为人们已经过度使用了小鼠研究，至少从展示纳米探针用于手术的角度来看是如此，”他说。
“但归根结底，最重要的应该是研究与实际临床应用的距离。我认为在手术导航这样的领域，我的研究更以人为中心，因为我们试图解决这些成像剂面临的光学挑战。我们实际上考虑了当您在手术室中使用这项技术时它的表现。”
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