当代红外光谱技术的发展已成为了对化合物进行定性分析、结构测定以及定量分析的有力手段,在与其他多种测试手段联合衍生出许多新的分子光谱领域。但在没有合适的文献资料可参考的情况下,把该技术应用于肿瘤及其他相关疾病诊断,是一件十分艰难而又系统的工作。北京大学化学院吴瑾光、徐怡庄课题组长期从事该领域研究,取得了一系列的原创性科研成果。
吴瑾光作为国家号召“向科学进军”后北京大学化学系毕业而被推荐的第一批博士生,后随导师徐光宪院士调至原子能系;吴在全民办原子能参加土法炼铀时曾因在实验中手被割破浓铀进入血液而中毒,身体长期以来由于造血功能受损相当羸弱。但在家人关爱及爱人徐端夫院士的支持下,踏实肯干的吴长年执着于科研工作,特别是为红外光谱的研究,打下了扎实科研基础。
潜心研究打基础
创新性研究的突破性进展源于长期基础研究的科学积累。1974年从工作了三年的无线电系被调回化学系分析站的吴瑾光因感兴趣而主动选择管理红外光谱仪。当时的分析站面向社会,为其他科研和工业生产单位提供技术支持,很多有技术疑难的单位经常到北大寻求帮助。
75年前后,公路研究所试图由炒沥青铺路改为先进的乳化沥青;不用加热又省原料的常温铺路。由展览会得到了国外的两个黑白溶液样品,想要解析乳化沥青的成份与原理。公路所找了很多单位,都无法解决。后来就找到了吴这儿来。她欣然接受了这项任务,回家后和徐端夫一起讨论研究方案。她先查了文献研究了国际动态,然后用自已做的色谱柱去分离,接着用红外光谱检测,再研究了表面活性剂的红外图谱,终于解决了这个问题。最后,便和公路所的研究人员确定了乳化沥青的制造方案,在大连建产生产适用我国的表面活性剂,实现了产业化,在5个省进行了乳化沥青实验铺路。后该成果发展成国家大项目。
几乎同时,北医三院的周孝思主任来找北大化学系解决胆结石问题。胆石主要有胆固醇结石与色素型结石。色素结石难溶且食物脂肪低易患。此症中国非常多,死亡率非常高,仅次于癌症;欧美这种结石病人少见有关很少,不了解其成分与形成机理。后来,周主任就来找了吴瑾光教授。吴认为红外光谱有可能提供一条突破口,于是就接下来了这项科研任务。徐端夫院士也很感兴趣并参加合作,他们应用配位化学的方法把90%以上的成分提取了出来,并对结石主要成分进行红外研究和凝胶电泳鉴定。该成果后来在中华医这会外科学会上做了报告,产生了很大的学术影响。在这工作的基础上,该课题组又做了多年的结石研究,对结石成因提出新见解取得了一系列成果。在国内多次得奖并获得美国优秀科研奖。
无创肿瘤诊断
后来,周医生去美国宾西法尼亚大学跟其内科主任S教授进修。周医生向S教授介绍了与吴合作用红外研究胆石的成果,S教授非常惊奇,他想做的工作中国竟已做成了,他是一位对红外光谱有一定造诣的医学博士。便邀请吴进行合作研究。吴赴美进行科研合作三个月,在国际会议上发表了几篇论文。当年年底,S教授就访问中国,要求与吴科研组建立长期的合作。
90年代,当肿瘤成为人类社会共同关注的医学难题。已有的各种诊断方法都满足不了手术治疗的需求,非常迫切需要发明一种更快捷,更有效的检测新方法。于是,由吴瑾光教授牵头,把研究方向发展至肿瘤研究。
因为红外光谱是分子结构变化的灵敏探针,因此从分子结构变化的角度入手,用红外法研究细胞的分子结构变化来检测肿瘤。文献常通用切片和匀浆法等破坏样品方式制样。他们突破常规的思维发展了一些新的检测方法,从而做到了在不破坏样品的前提下直接对肿瘤组织进行检测。并与医院合作,首先对冻存肿瘤样品进行检测,然后又设计改造了红外光谱仪,使之稳定可搬到了手术室外,对手术后新鲜肿瘤组织测定,建立了几万张规模的红外光谱图库,较为系统地研究了10多种肿瘤的光谱特征,观察到良性和恶性肿瘤的差别规律性。并进而用红外光纤做原位在体肿瘤检测。
在归纳比较总结这些实际数据的前提下,课题组从化学原理上反复论证红外光谱检测肿瘤的新方法的科学依据,并把检测结果与金标准病理结果相比较,严格论证;证明了该方向的实用性与高效性。
2004年6月,由北京大学化学院吴瑾光教授联合北医三院、北大口腔医院、中科院化学所徐端夫院士课题组、北京第二光学仪器厂和西安交大第一医院等共同完成的“肿瘤临床诊断的红外光谱新方法”的科研项目的成果由北京市科委主持通过了鉴定。
该项目率先提出了一种可用于肿瘤诊断和临床医疗应用的红外光谱肿瘤检测的新方法,它可在3-5分钟快速准确地判断肿瘤,实现了对肿瘤的在体、原位、实时检测,可为外科医生选择手术方案提供快速诊断报告,对手术治疗过程很有帮助。红外检测结果与病理诊断金一标准比较对照,两者符合率达90%以上,该成果具有原创性并拥有自主知识产权。
三腺肿瘤诊断及现状
在和医院的合作中,口腔医院提出了新的要求:由于腮腺部位神经比较多,如手术中伤了神经,可能使脸部变形,比较麻烦。希望能做到腮腺肿瘤的无创,预先诊断,以提供足够的做手术方案的准备时间。
在一次偶然的机会中,吴发现从腺体表面皮肤,用中红外光纤光谱能准确检测出乳腺增生、良性肿块和癌变等不同程度病变。后来试着把该技术转移到腮腺的诊断,结果证明了从腮腺表面皮肤反映的光谱变化也完全能观察到该腺体病变的情况。目前,这一新技术已能实现对腮腺、乳腺、甲状腺三种腺体的诊断。这种无创、无痛苦、快速、便捷的检测方法具有比较明显好的应用前景。目前,课题组已申请并获得了该技术的中国和美国专利。
该方法所用的中红外光纤是其中的关键技术。原来使用的是美国Spectech出产的中红外光纤,这种光纤价格昂贵,易损坏,并且该项公司已停产,而且国际上也找不到适用的中红外光纤。课题组张元福教授经过几年的努力,现已研制成新的性能优异的中红外光纤,这种光纤耐用而不易损坏,且价格远比国外进口光纤低,最近已经在北大第三医院投入临床使用。至此,该课题组已经完全掌握了具有自主知识产权的整套体表无创诊断三种重要腺体良恶肿瘤的技术。
近来,天坛医院也来找吴瑾光、徐怡庄课题组,要求对脑瘤的诊断进行合作。目前,这项研究的结果也日渐明朗,近期将发表相关论文。
据了解,这项集近百人智慧,共同参加的多学科交义的原创性成果。到目前为止,十七年来仅得到三个基金与一个973预研基金的纵向支持。如今,吴瑾光教授已经退休了,徐怡庄老师接手课题组,在吴瑾光、张元福、翁诗甫等教授的协助下,在北京第二光学仪器厂及国内一些三甲医院的合作下,该课题组的科研平稳的向前推进。这项原创性成果得到了徐光宪院士等多位有识之士的关注,一直都与美国德州大学S教授合作发表了多篇论文。最近,哥伦比亚大学和哈佛大学医学院都提出了对该项目的合作意向。
我们呼吁国家相关部门加大对该项成果的关注扶持力度,避免再出现原创成果根在国内,花落他家情况的重演。我们坚信,只要有足够的支持,在这个创新性团队的努力下,该成果一定能早日完善,成为定型的医疗专用红外光谱仪器和红外无创,快速检测肿瘤的整套技术,为更多的患者造福。
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