不同患者区分结果
通过上消化道内窥镜进行活检以及对活检材料进行组织病理学评价，为胃癌(GC)诊断的常规途径。然而，这种方式却未能在发展中国家广泛开展，而在发达国家，即使在无主要临床获益的情况下，该方式仍得到频繁应用。因此，对于因风险增加而需要通过内窥镜进行筛查的患者，迫切需求一种简单的非侵入式检查方法。为此，我国安徽医科大学附属第一医院的刘虎教授等人对一种基于纳米材料的呼吸检测方法进行了研究，该方法可用于胃部疾病患者的GC鉴别。这项研究结果发表于2013年3月期《英国癌症杂志》(British Journal of Cancer)上。
研究人员针对130例进行内窥镜/活检的胃部疾病患者(37例 GC/32例溃疡/ 61例病情较轻患者)，利用纳米材料传感器，对获取的肺呼气样本进行了分析。并利用判别因子分析(DFA)相关模式识别方法构建了预测模型，检测了干扰因子(酒精/烟草消费；幽门螺旋杆菌)对其稳定性的影响。由以下方法确定分类成功：(i)留一法交叉验证，(ii)采用随机盲法，将25%样本作为验证集。最后，通过互补使用气相色谱及质谱法，对呼气样本进行了化学分析。
研究结果表明，所建立的3种DFA模型均可对以下亚群进行良好区分：(i)在所有患者中对GC及良性胃部疾病进行区分(敏感性89%;特异性90%)；(ii)在胃癌患者中对早期GC (I期及II期)及晚期GC (III期IV期)进行区分(敏感性89%;特异性94%)；(iii)在良性疾病患者中对溃疡及较轻疾进行区分(敏感性84%;特异性87%)。检测发现模型对干扰因子并不敏感。化学分析发现，与较轻些的胃部疾病相比，GC及/或消化性溃疡患者5种挥发性有机物(2-丙烯腈、乙二醇丁醚、糠醛、6-甲基-5-庚烯-2-酮及异戊二烯)水平明显升高。除异戊二烯外，室内空气及呼气样本中的浓度均在个位数级别的p.p.b.v(十亿分之一)范围内。
刘教授等人认为，该探索性研究的初步结果为GC诊断及区分GC和其他胃部疾病，开辟了一条颇有前途的新途径。需要指出，该应用方法为补充性的，而且通过气相色谱/质谱法鉴定出的潜在标志性物质未必可表征传感器响应差异。尽管本探索性研究尚无法获得较为深远的结论，但凭借这些积极的初步结果，研究人员已经开展了一项大型的多中心临床试验，以对所观察到的胃癌表观模式及良性胃部疾病表观模式进行确认。
作者专访：
本文上线后，丁香园肿瘤频道就广大读者关心的问题邮件采访了本项研究的通讯作者、安徽医科大学刘虎教授，以下是访谈详情。
您能否对文章中的纳米材料传感器和相关设备进行简单介绍？
纳米材料传感器又称纳米鼻，由以色列理工大学Hossam Haick教授研究组发明，其核心部分是一个嵌入了金纳米颗粒的碳基感应器。当患者对设备进行呼气时，呼气中的颗粒就会积聚在碳层中，感应器膨胀推动金纳米颗粒相互接近，因此改变了薄膜的阻抗。而每种颗粒均具有独特的阻抗效应，这可通过感应器的电流变化来进行测量。金纳米颗粒工作原理见下图。
分析过程通过一个控制程序来控制多功能的34980交换器来选择相应的传感器，并同时记录电阻的变化。安装的分析仪通过积峰时间对传感器电阻变化进行测量，测量的范围至少持续2个循环（power line cycles），全部过程都是电脑程序控制。数据处理及统计分析采用JMP统计软件中的主成分分析法及秩和检验。
分析呼气标本时传感器电阻的变化
金纳米颗粒工作原理的图示
与常规活检方法相比，该方法有哪些优势？在临床方面的应用前景怎样？
该方法通过呼气分析来诊断肿瘤，其简单、无创、快捷、方便。其诊断不拘泥影像学和血清学根据肿瘤的大小和数量，呼气分析诊断肿瘤是根据氧化应激的强度。利用纳米传感器可以很好的将肿瘤患者和健康对照者区分开。该方法的出现将来可能为肿瘤的早期诊断以及筛查提供了一种有效的工具。其无创、方便，适合大面积人群中的肿瘤筛查。以致于将来通过呼气分析在早期即可将肿瘤诊断出来。
文章中提到有30份样品出现损坏，您认为在实践过程中如何实现对样品的妥善处理，从而避免损坏？
1.进一步加强科研团队的组织培训，使实验过程中各项操作更专业化、标准化。
2.完善标本的运输，减少因运输造成的样本损坏。
3.改善实验室工作环境。
有研究表明，呼吸系统肿瘤对呼出气体的成分亦有影响，下一步，您是否有将这类肿瘤的鉴别诊断纳入到您的研究计划中？
我们以前的研究包括肺癌、肝癌、乳腺癌和目前在做的卵巢癌都发现了与健康组和良性病组有明显差异的VOCs，2010年我们在Lung Cancer 上发表的文章提示VOCs在肺腺癌和鳞癌之间存在差异，可能对于病理不易取得的肺癌患者有帮助诊断价值。2010年Haick教授在BJC报道对肺癌、乳腺癌、结肠癌和前列腺癌分析，提示不同肿瘤的VOCs“指纹图谱”与良性组有特异性差别但是肿瘤之间没有特异性，当然这也是小样本研究。您的建议值得大样本分析研究。
呼出气体中不同成分的变化可能存在什么机理？
氧化应激增强是目前最为广泛的假说。癌变过程常伴随有氧化应激的增强，过多的氧自由基导致机体无法清除时，过多氧自由基作用细胞膜上的饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸导致挥发性有机化合物的产生，作用染色体的碱基则导致基因突变以致癌变。其次氧自由基影响细胞的信号传导通路，导致细胞增殖紊乱。
肿瘤患者中介导挥发性有机化合物代谢的细胞色素P450 混合酶系统的多家族基因的改变，可能也是导致挥发性有机化合物成分增加的原因。
正在开展的多中心试验进展情况如何？能否介绍一二？
目前主要研究者单位是安徽医科大学第一附属医院，同时加入的还有拉脱维亚大学医院，样本将由Haick教授研究组检测，同时因为设想中的大样本研究需检测的样本多，耗费巨大，资金仍在筹集中。
刘虎教授
刘虎，现安徽医科大学第一附属医院肿瘤科副教授、副主任医师、硕士生导师。1997年获安徽医科大学临床医学学士学位， 2000年获安徽医科大学生物化学与分子生物学硕士学位，师从汪渊教授。2003年获复旦大学肿瘤学博士学位，师从叶胜龙教授。
- 2004年起开始专注肿瘤呼气的分子诊断研究，2009年获安徽省卫生厅基金项目支持，目前在该研究领域的主要发现：
- 发现肺癌特异性挥发性标志物，并在肺腺癌和鳞癌之间存在差异，提示VOCs可能对病理难以获得的肺癌病人有辅助诊断价值，该结果发表在2010年Lung Cancer杂志上。
- 发现肝癌挥发性标志物并提出肝癌呼气诊断模型，结果发表在2010年Cancer Epidemiology, Biomarkers and Prevention上。
- 与以色列Haick研究组和上海复旦大学肝癌研究所合作，对不同转移潜能的肝癌细胞株的顶空VOCs进行分析，发现VOCs可能与肝癌细胞的转移潜能相关，为肝癌的预后提供呼气诊断的理论基础，结果发表在2012年International Journal of Nanomedicine上。
- 与以色列Haick研究组合作发现胃癌的挥发性标志物，并能较好地与胃溃疡和胃炎区分开来，结果发表在2013年British Journal of Cancer上，并被BBC和英国卫报以及国内媒体报道。
- 与以色列Haick研究组合作发现卵巢癌挥发性标志物，目前正深入分析中。
