新型成像设备助力医学领域癌症细胞和干细胞研究

在获得博士学位以后，Debashish Roy开始着手创办一家企业，主要生产他研究生期间曾经参与研制的生物成像设备系统。该系统在癌症细胞和干细胞研究等领域具有应用潜力。但是很快，Debashish Roy意识到，他可以从美国国家航空航天局（NASA）获得一些帮助，进一步优化其生物成像设备系统。

他回忆说：“在开发第一代系统时，我们不确定所采用的结构和配置是不是最佳选择，或者说，我们不知道如何对部件进行测试和验证以获得最佳的性能。选择和配置光学和机械部件需要高水平的专业技术知识。而那时，我们并不拥有能够测试和试验所有可能的系统配置的实验室，我们甚至都没有所需的测试设备。”

NASA格伦研究中心拥有Debashish Roy所需的实验室、设备和专业技术知识。Debashish Roy新创办的公司位于美国俄亥俄州克利夫兰市，而格伦研究中心就坐落在同一城市的另一边。2012年，当时刚刚接管格伦研究中心研究和工程部光学实验室的光电工程师迈克尔·刘易斯（Michael Lewis）首次与Debashish Roy进行了交流。

Michael Lewis说：“我们的主要研究方向是为在国际空间站上使用的流体的燃烧和流体物理学研究开发诊断成像系统。光学通信、定制传感器、基于光的代谢分析等工作也是该实验室支持NASA任务的重点工作。该实验室拥有各种光学平台、照相机和其它成像系统、激光照明系统、光谱仪，以及电子设备等。”

Debashish Roy说：“我非常喜欢Michael Lewis的实验室，这里有最酷的装置和工具。”

Debashish Roy开发的系统名为“冰冻超薄切片机成像系统”。该系统能够将含有生物样本（典型代表是小白鼠）的冷冻样品反复地切成极薄的片状，并对其表面进行多次高分辨率成像，对具有荧光标记的细胞进行追踪研究，最终重建一个包含样品中所有的荧光细胞的位置和数量的数字三维版本的样本。该系统应用的目的是追踪实验室小白鼠体内特定细胞的位置变化。Debashish Roy说：“如果想利用干细胞进行心脏修复，那么怎么能确定干细胞是否进入了心脏呢？肿瘤细胞是不是转移到了其它部位并引发了新的肿瘤呢？为了回答这些问题，研究人员用荧光标签对培养皿中的细胞进行标记，然后将这些细胞注射到小白鼠体内。在某一时期，研究人员将小白鼠冷冻，以保存细胞结构。然后，再利用冰冻超薄切片机成像系统将样本切成薄片，同时在细胞分辨率下对样本进行成像。”该系统能够设定为自动模式，以完成这些工作。

2012年，Debashish Roy的初创公司BioInVision实现了CryoViz设备的商业化，但并未销售出产品。除了优化现有系统外，Debashish Roy计划开发一个体积更小、成本更低的版本。带着这个想法，他申请参加了格伦研究中心的第一轮“城市帮扶计划”。

“城市帮扶计划”是NASA区域经济发展计划中的一个项目，由美国2011年发布的“强城市 强社区”计划发展而来。该计划旨在加强联邦机构和区域企业及政府之间的合作。在“城市帮扶计划”的支持下，格伦研究中心与克利夫兰市凯霍加县、制造业支持和增长网络加强了联系和合作，为经过筛选的中小型制造商提供40h的免费专业技术咨询服务，帮助解决企业面临的技术挑战。如果能够迅速解决问题，这种服务或将给企业带来巨大的经济回报。在该计划支持下，Michael Lewis成为了BioInVision公司的帮扶专家。

Michael Lewis说：“最初，我对超薄切片机并不了解。但了解了超薄切片机的工作原理，以及Debashish Roy的研究目标之后，就产生了一些想法。该系统的基础是高分辨率成像系统，而我们的光学实验室里有很多照相机和光学仪器能够实现高分辨率成像。此外，Debashish Roy的目标是开发一款体积更小、成本更低的超薄切片机，并不要求完全具备原来的性能。因此，我提出，采用将现有的商业部件集成的方式来制造设备，并优化系统的性能。”

Debashish Roy说：“例如，成像设备要能够接收到暗淡的信号而不被明亮信号遮盖，而且要达到减小尺寸的目的，选择合适的传感器、透镜和其它光学元件至关重要。”

Michael Lewis最终为Debashish Roy提供了一份包含4～5种不同部件组合方式的详细表单。他回忆说：“Debashish Roy认为，这是一种非常好的方式，不仅降低了系统的成本，而且还可获得比预期更高的性能。”

尽管Debashish Roy和他的团队仍在努力解决小型化版本的系统的机械问题，但他们几乎立刻就开始将Michael Lewis提出的优化设计方案应用于他们的原始产品。Debashish Roy表示：“Michael Lewis的专业技术水平很高，升级后的CryoViz产品比初始版本更灵敏、更高效，制造成本也更低。”采用Michael Lewis的设计，BioInVision公司去除了一个产品部件，从而缩短了制造时间，降低了潜在的故障风险，减少了供应商。

BioInVision公司的行政和财务副总裁Anne Richie说：“对于一家初创公司来说，可能会出现设计缺陷或错误，造成资产损失，阻碍公司的发展。幸运的是，NASA格伦研究中心的帮助使BioInVision公司节省了开发成本，降低了设计缺陷带来的潜在成本，降低了推广成本。节省下来的资金能够加快企业的发展。NASA格伦研究中心提供了适当的专业知识，而且他们与我们处于同一城市，这种对接非常方便、快捷，加快了合作的进程。”她指出，NASA格伦研究中心的专业知识帮助BioInVision公司在相关领域保持领先地位，作为科技公司，必须及时把握时机。

BioInVision公司现有8名员工，客户遍及美国、加拿大、欧洲和亚洲等国家和地区。该公司同时提供产品和服务，例如，规模较大、业务较多的实验室可以购买CryoViz设备，而小型实验室可以将样本交由BioInVision公司代为进行实验和分析。

Debashish Roy说：“BioInVision公司在美国的服务能力非常强大。克利夫兰大学附属医院医学研究中心已经购买了CryoViz设备，为克利夫兰地区的克利夫兰诊所和凯斯西储大学等机构提供了研究支撑。”

BioInVision公司还被选为欧盟MERLIN项目的合作伙伴，该项目旨在开发基于干细胞治疗肝脏疾病的方法。

Debashish Roy说：“干细胞能够转变成不同的细胞类型，因而有望治疗或预防多种疾病。但是，科学家对于干细胞的了解还非常有限，例如，尚不清楚其是如何、为什么成为神经细胞或肌肉细胞的，其如何在身体里移动等。BioInVision公司在干细胞研究中发现了CryoViz设备的应用潜力。学术界能够使用CryoViz设备开展基础研究，增加对干细胞的了解；制药公司可以使用CryoViz设备开发新的药物产品；癌症研究人员可以使用CryoViz设备追踪癌细胞的移动和状况。”

磁共振成像（MRI）和电子计算机断层扫描（CT）等其它医学成像技术的分辨率不够高，不能够对单个的细胞进行追踪。

Debashish Roy的目标是在不久的将来制造出更小、价格更低的CryoViz设备版本，使更多的小型实验室能够使用这项技术。从长远来看，他希望这项技术能够帮助研究人员开发出新的干细胞疗法，并在癌症治疗方法上取得突破。随着CryoViz设备的进一步优化和完善，待获得相关部门批准后，CryoViz设备也可应用于医院临床研究，如活体检查等。所有这些对于解决人类健康问题来说都是至关重要的。

(唐 甜)