热点;nsored有限公司Pittcon的内容思想领袖Livia eberlin助理教授，德克萨斯大学
采访德克萨斯大学奥斯汀分校助理教授Livia Eberlin，讨论质谱技术在癌症诊断和改善临床结果方面的发展。
在癌症手术的背景下，在临床上分析从病人身上切除的组织以确保所有的癌症都被切除的方法被称为组织病理学。
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这是通过对冰冻部分的分析完成的。这些组织被送到实验室，然后冷冻，切片，染色。然后，病理学家在显微镜下观察染色的组织切片，以确定在手术过程中是否所有的癌症都被切除了。
问题是这个过程可能需要很长时间。有时手术会延长35到40分钟因为你要等冷冻切片分析完成。这也可能是非常主观的，因为在手术过程中快速冷冻组织以便病理学家用显微镜观察的过程可能会导致组织组织学和细胞学的一些变化。病理学家很难准确地评估在组织切片的那个区域是否有癌症。
我们迫切需要能够应用于临床的新技术，最好是手术室，通过向外科医生提供身体某些部位是否存在癌症的信息来帮助他们。
这将指导手术切除，这样他们就会知道，在特定的位置，当他们切除癌症时，是否所有的癌症都被切除了，如果那是一个健康组织的区域可以保留，或者患病组织仍然需要切除。
图片来源:Shutterstock/Komsan Loonprom
质谱法是一种分析技术，可以为化学分析提供最高水平的灵敏度和特异性。通过质谱分析，我们可以深入研究复杂样品的分子组成，并说，“这些是样品中存在的特定代谢物。这些是存在的脂质，还有蛋白质。”
有了这种详细的分子信息，我们就可以在几秒钟内评估一个样本，比如一个临床样本，比如一块组织，是患病的还是健康的。这是因为这些分子的轮廓非常具有健康细胞或患病细胞(即患有癌症的细胞)的特征。
如果我们能适应质谱技术，这仍然是一个研究和开发技术，需要相对复杂的仪器，把它转化到临床，把这些技术在临床医生手中，比如外科医生或病理学家，他们是临床专业人士做出这些决定，我们可以赋予他们分子信息，可以非常准确地诊断临床标本。通过这种方式，我们可以提供目前无法获得的新信息，帮助临床医生为他们的病人做出更好的治疗决定。
质谱技术通常用于分析分子，如代谢物、脂质和蛋白质。特别是，对于我一直在开发的技术，我们主要关注小分子，也就是代谢物，脂肪酸和脂质。当你比较DNA和RNA-seq时，你看到的是完全不同类型的分子。另外，我认为代谢信息吸引人的地方在于它提供了组织中正在进行的过程的实时图像。
通过DNA和RNA，你可以看到基因的整体突变或表达模式以及细胞中正在进行的转录过程。对于代谢物，你看到的是这些反应的最终产物，是细胞中实时发生的与代谢有关的事情，等等。这两种方法都具有不可思议的价值。
值得注意的是，DNA和RNA测序技术越来越多地应用于临床。它可以提供关于某人患上某种乳腺癌的可能性的信息，这在管理病人方面具有不可思议的价值。
通过质谱分析，我们想要做的是帮助改善临床决策，几乎是实时的。特别是我的实验室所做的质谱分析，我们可以在几秒钟内完成分析。如果与DNA和RNA测序相比，这通常需要更长的时间。有了质谱，我们可以提供高通量的信息，希望能加快和改善患者的治疗决策。
我们对甲状腺癌的研究重点是帮助那些带着甲状腺结节来到诊所的病人知道这个结节是需要切除的癌性结节，还是不需要手术的良性结节。
甲状腺癌的发病率在美国和世界各地都在迅速增加，大约50%的60岁的人会在他们的甲状腺上发现一个结节。好消息是，大多数甲状腺结节是良性的，所以它们不是需要切除的癌性病变。
现在的问题是，目前用于在显微镜下评估甲状腺活检细胞的细胞学方法往往是不确定的。临床医生很难判断结节是良性的还是恶性的。所以很多时候，病人在不知道自己是否患有癌症的情况下接受手术。你可以在手术中确定它是否是癌症，但在大多数情况下，对于滤泡型肿瘤，患者并没有癌症，所以手术可能是不必要的。，.
我们想做的是在手术前用质谱法分析这些细胞，从微创的结节活检中准确地确定这个人是否患有癌症，从而进行手术，或者结节是否是良性的，从而帮助防止不必要的手术，这对病人来说是可怕的，但也很昂贵，是医疗系统的负担。
图片来源:Shutterstock/ jovan vitanovski
我们用储存的组织开始了对甲状腺癌的研究。这些是从病人身上收集来的组织，它们可以作为研究人员的资源。我们分析了178个组织，获得了超过10万个质谱。这是一个非常大的数据集。我们利用这些信息来建立统计分类器，以确定结节是癌症还是良性肿瘤。我们对此进行了测试，对于一种特殊类型的甲状腺癌，乳头状甲状腺癌，我们做得很好。我们的准确率超过90%。对于滤泡类型，我们有83%的准确率，考虑到这种类型的甲状腺结节不能单独用细胞学来确定，这是非常好的。
然后我们在诊所开始了一项前瞻性试验研究，病人来做常规活检，我们为我们的研究做了额外的活检。到目前为止，我们已经对100多名患者进行了这样的治疗，我们的诊断准确率保持在90%左右。
这些结果非常令人兴奋，因为在很多情况下，我们有信息可以阻止病人进行可能不必要的手术。但我们需要做一个更大的验证研究，我们计划作为一个多中心项目来验证这些发现，并证明它对病人护理的价值。
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开发质谱笔的愿景是提供一种手持式，易于使用的基于质谱分析的设备，可以被外科医生和病理学家常规使用。我们希望它成为他们可以处理的东西，使他们能够进行分析，并利用质谱分析的高精度和灵敏度来帮助他们做出临床决策。
我看着MasSpec Pen设备，它看起来很简单，这就是它的意图。这是一种手持工具，虽然我们叫它笔，当然，它的功能不像笔，但它的工作原理是通过提供一滴溶剂来从组织中提取分子。大多数时候，我们用水作为笔尖，我们已经自动化了这个过程，所以一旦你触摸到纸巾，用脚踏板触发设备，一切都发生了，不需要更多的用户输入。
水是一种不可思议的溶剂。一旦水滴与组织相互作用，它就会从组织中提取代谢物、脂质，甚至小蛋白质。然后我们有一个管道系统将液滴一直传输到质谱仪。
使用这个装置，我们可以根据这些分子的模式对这些分子进行几乎实时的分子分析，然后我们可以告诉使用这个设备的外科医生或临床医生，你分析的这个组织区域是癌症组织还是正常组织。我们在大约10-15秒的时间内完成。时间可以短一点，也可以长一点，主要取决于你的质谱仪离组织部位和我们使用的管道系统有多远。我们在实验室里观察了一千多个组织，我们诊断癌症的准确率非常高，约为96%。我们已经在诊所里对这个设备进行了测试，在手术室里对活体和刚切除的组织进行了超过100次的手术，术中结果也很有希望
我们正在发表这项初步研究，它确实表明质谱技术在指导临床决策方面具有不可思议的价值。对于质谱笔，我认为我们设计的技术的简单性和易用性真的很吸引人。它可以很好地纳入临床工作流程与最低的培训要求
图片来源:Livia S. Eberlin研究小组的质谱仪笔
自从我成立我的实验室以来，我们已经在我的实验室里研究卵巢癌好几年了，我们对卵巢癌的关注是由我们希望帮助患有这种疾病的患者和妇女所驱动的。
我们还有一个正在进行的项目研究卵巢癌临床诊断和治疗结果的各个方面。当我们开发质谱笔时，我们知道在卵巢癌手术中很难识别转移区域，也就是卵巢癌扩散的地方，这在高级别卵巢癌中很常见。
你通常会在病人的整个腹腔内发现卵巢癌。对于外科医生来说，有一个工具来帮助他们识别这些潜在的转移区域是非常重要的，这样才能切除所有的癌症。
我们从临床数据中了解到，有大量的研究表明，从病人身上移除所有的癌症将会给他们带来更高的无病生存机会。在这种情况下，我们可以接触到这些病人和组织，这是一个重要的临床需求。我们非常热衷于帮助卵巢癌患者。
图片来源:Shutterstock/David A. Litman
我相信人工智能和机器学习将成为临床决策的重要组成部分，这将比我们预期的更早发生。它们是必不可少的技术，尤其是当我们不断向大数据迈进，并将分子数据与临床和成像信息相结合时。
一旦你开始接触这些复杂的数据集，并试图根据这些复杂的信息做出决定，人类大脑能够快速、自动地完成的事情就会受到限制。整合人工智能和机器学习对于实现这一水平的吞吐量和确定性至关重要。
但我不得不说，在这个领域也有很多炒作。这对像我这样的研究人员来说非常重要，我一直在努力学习更多关于人工智能和机器学习的知识，选择合适的工具来确保我们的模型不会过度拟合。
验证您的模型，测试您的模型，以及使用独立的数据集和临床样本对于显示这种类型的技术的价值和稳健性来帮助临床护理至关重要。
我认为像质谱和其他模式这样的新技术将对病理学家已经在做的事情起到补充作用。评估组织诊断的人的方面是至关重要的病人护理。
我的想法，或者至少是我的目标，是让临床医生能够使用更新的技术来帮助他们做出决定。不是为了取代他们，而是为了帮助他们做出更明智、更好的决定，特别是基于可靠的、可以高度预测疾病状态的分子信息。
我去过匹兹堡好几次了。这是一个我非常喜欢的会议，因为它结合了化学和分析化学的几个领域。它有一个很酷的优势和方面，就是每年在会议上推出的所有新技术。
我认为，观看科学讲座，了解人们正在研究和发展的新信息，真的很令人兴奋，也激励着我去追求新的研究领域。博览会也很酷。
能够看到供应商和正在推出的新产品，以帮助学术界和工业界的研究人员，这是Pittcon的特殊和独特之处。这也是建立人际关系的好途径。
像Pittcon这样的活动对我来说非常重要，我可以和其他科学家和研究人员交流，分享想法，看看他们是否有什么意见。我们怎样才能更好地发展我们正在做的事情?我们怎样才能想出新的方法来达到我们的目标并帮助病人呢?
与该领域的其他领导者的互动对研究人员和学生都非常重要。再一次，看到这个行业在公司中推出的技术和产品也很有吸引力，可以帮助我们的研究和仪器。
像Pittcon这样的活动对我来说非常重要，可以建立人际网络，与其他科学家和研究人员交流，分享想法，看看他们是否有什么建议。我们怎样才能更好地发展我们正在做的事情?我们怎样才能想出新的方法来达到我们的目标并帮助病人呢?
与该领域的领军人物进行互动对研究人员和研究生来说非常重要。再一次，看到这个行业在公司中推出的技术和产品也很有吸引力，可以帮助我们的研究和仪器。
Sans M.等人(2019)。MasSpec笔用于卵巢癌快速诊断的性能。5.临床化学杂志65;DOI: 10.1373 / clinchem.2018.299289。
DeHoog, R. J.，等(2019)。术前我细针穿刺活检质谱成像的甲状腺结节代谢分类。《美国国家科学院学报》上。DOI: 10.1073 / pnas.1911333116。
https://eberlin.cm.utexas.edu/
Livia Schiavinato Eberlin出生并成长在巴西圣保罗的坎皮纳斯。她对质谱(MS)的热情始于坎皮纳斯州立大学汤姆森实验室(UNICAMP)的本科研究助理。
她于2007年获得UNICAMP的化学学士学位，并于2008年移居美国，在普渡大学(Purdue University)的R. Graham Cooks教授的指导下开始了分析化学博士课程。
在她的博士学位期间，Livia开发并应用了环境电离MS成像来诊断人类癌症。为了表彰她的创新博士工作，Livia获得了许多奖项，包括美国化学学会的诺贝尔奖得主签名奖。
2012年，她在斯坦福大学Richard N. Zare教授的指导下开始了博士后工作，在那里她继续开发MS技术用于生物医学研究。在此期间，她获得了L’ormacal for Women in Science Fellowship，这是由NIH/NCI颁发的K99独立之路奖，并被列入福布斯30位30岁以下科学和医疗保健名单。
2016年，Livia开始了她独立的职业生涯，在德克萨斯大学奥斯汀分校化学系担任助理教授。从那以后，Livia和她的团队因他们的研究获得了几项认可。
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