加拿大研發奈米粒子「智慧紋身」　透過熱訊號提前偵測皮膚癌

加拿大研發奈米粒子「智慧紋身」　透過熱訊號提前偵測皮膚癌

加拿大研究團隊開發出一種全新的黑色素瘤偵測方法，能在癌症於皮膚表面顯現之前就加以辨識，有望為醫師爭取到對抗這種最致命皮膚癌之一的關鍵時間。

這套名為 SMEAR-ULM 的實驗性平台，結合微針（microneedles）、奈米粒子與超快速成像技術，透過偵測早期腫瘤產生的微小溫度變化來進行診斷。研究人員表示，該系統在實驗室模型中，於微型黑色素瘤形成僅四天後即成功偵測，遠早於傳統熱影像系統所能達到的時間。

熱訊號揭露隱藏的腫瘤

黑色素瘤的存活率在早期發現時會大幅提升，但問題在於最小的腫瘤在例行檢查中往往與正常皮膚難以區分。

目前的診斷方式仍高度依賴目視檢查加上切片檢驗，這個過程可能遺漏處於最早期階段的侵襲性病灶，或對無害的斑點進行不必要的醫療程序。加拿大研究團隊將焦點轉向腫瘤自然產生的「熱能」。

癌細胞消耗能量的速度比健康組織更快，這種代謝活動會在皮膚表面產生細微的溫度差異。科學家多年來已知曉此效應，但現有的熱影像攝影機缺乏足夠的精確度，無法將其轉化為可靠的診斷工具。

SMEAR-ULM 改變了這個局面。

「我們的目標是提供一種微創工具，來偵測非常小但仍具侵襲性的黑色素瘤，」專攻超快速成像與生物光子學的梁金陽（Jinyang Liang）表示。他指出，許多危險的黑色素瘤體積太小，目視篩檢無法發現，導致患者暴露在持續生長卻不被察覺的癌症風險中。

「智慧紋身」的運作原理

該系統透過一小片無痛微針貼片貼附於皮膚上運作。這些微針會將稀土奈米粒子沉積在皮膚表面下方，形成研究人員所稱的暫時性「智慧紋身」。

這些粒子就像微型溫度感測器。當研究人員以近紅外光照射皮膚時，奈米粒子會發出可見光，而光的持續時間會隨局部溫度變化。SMEAR-ULM 接著透過單次超快速快照捕捉反應，並將其轉換為詳細的熱分布圖。

傳統的微針感測系統通常需要重複掃描，使其難以應用於活體組織。傳統紅外線影像也受限於模糊的解析度和影像雜訊。大多數熱影像系統只能偵測到大於五毫米的腫瘤——這個尺寸已大到醫師在檢查時就能注意到。

研究人員表示，SMEAR-ULM 遠遠突破了這個限制。「我們在單次拍攝中就能捕捉到製作即時溫度圖所需的所有資訊，」賴映明（Yingming Lai）表示。他說該方法即使在複雜的活體條件下也能保持穩定。

超越黑色素瘤偵測

這項研究使用了具有類似人類黑色素瘤基因突變的小鼠模型。研究人員表示，結果顯示該平台最終可能邁向人體臨床試驗。「儘管這項研究是在小鼠身上進行的，但這個動物模型複製了在人類黑色素瘤中觀察到的基因變化，」Sylvain Meloche 表示。

研究團隊相信，這項技術最終可能擴展到癌症偵測以外的領域。未來的版本可能監測其他生物訊號，包括 pH 值和離子濃度，為更廣泛的生醫影像應用開啟大門。目前，這項突破聚焦於一個目標：在人眼能察覺之前，就發現致命的皮膚癌。

來自加拿大國立科學研究院（Institut national de la recherche scientifique）的科學家與蒙特婁大學（Université de Montréal）的研究人員合作完成這項研究，成果已發表於《Nature Sensors》期刊。

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