德国科技公司默克（Merck KGaA）与全球学术出版机构施普林格·自然（Springer Nature）旗下的自然科研（Nature Research）联合设立了一个新的奖项 -- 衍生公司奖（The Spinoff Prize）*。该奖面向全球各地具有远见并以科学立业的初创衍生公司，旨在提升学术型企业家及其公司的知名度，并为之提供更多扶持。
*衍生企业此处是指为了实现大学或研究机构科研成果商业转化而专门设立的公司。
近日，Nature官网发布了首届 Spinoff Prize 的评选结果，最终有 12 家公司入选，另有32家公司值得关注。（附：44家获奖公司明细）
今天我们要重点介绍的是“微波结肠镜技术”，MiWEndo Solution公司因这项技术而获奖。
撰稿 | 孙浩林 博士后（约翰霍普金斯大学）
导读
结肠癌是一种发生于结肠部位的消化道恶性肿瘤。如果患者在结肠癌晚期被确诊，那么患者的死亡率非常高。因此，我们需要找到一种准确的工具对结肠癌进行早期诊断，这对于提升患者的生存率至关重要。
目前，结肠镜是结肠癌检测的最佳工具。结肠镜是一套完善的光学成像系统，它一般由一根柔性管，照明光源以及摄像头组成。
在结肠镜检查中，医生将结肠镜插入结肠。接下来，结肠镜的光源将会对结肠内被测组织进行照明，同时结肠镜的摄像头对被测组织进行成像，并且将结肠成像结果通过电脑显示出来。通过结肠测试，我们可以看到结肠壁上的息肉以及癌变组织。如果医生发现结肠变异或者变异前兆，他们可以通过手术将变异组织切除，这样就可以避免结肠组织进一步的癌变，从而避免了结肠癌进入晚期。
研究背景
然而，普通的光学结肠镜检查并非万无一失。据统计，在结肠镜检测中，大约有10%的结肠癌病例无法被检测出来。因此，如何提升结肠镜检测精度就成为了一个问题。
为了解决这一问题，科学家们提出了一种将微波成像与结肠镜成像结合的新技术，这可以提升检测精度。提出该技术的是MiWEndo Solutions公司的首席科学家瓜迪奥拉博士。他称：“将微波成像技术与结肠镜结合起来，可以改善结肠息肉的检测能力，从而区分良性与恶性组织”。
这项新结肠镜技术的基础是基于瓜迪奥拉在西班牙庞培法布拉大学（UPF）的博士后研究所提出的。在2019年，瓜迪奥拉同巴塞罗那医院诊所（HCP）的胃肠科专家埃斯帕拉斯医生，以及其他同事们共同创立了MiWEndo Solutions公司对微波结肠镜进行研发与产品化。
创新研究
在他们的技术中，将微波应用到结肠镜并进行结肠癌检测具有三大优势。
首先，利用该技术，医生们可以用微波结肠镜对结肠息肉组织进行实时观测。这样的话，医生们可以在手术期间随时将由正常结肠组织产生的良性堆积与息肉组织进行区分，从而避免了错误地切除良性堆积组织。
其次，将微波技术应用到结肠镜中，医生们可以观测到小于1厘米的息肉组织，而这种小尺寸的息肉组织正是在结肠检测中最容易被忽视的。
再次，微波结肠镜可以实现360°大视野成像，这在结肠镜成像中具有极其重要的应用价值。如果不采用微波技术，那么普通结肠镜只可以实现单方向的向前成像。这样的话，由于视野受限，医生们在进行结肠癌检测的过程中就在所难免的会错过被粪便斑点或者大肠褶皱所遮住的息肉。然而，使用微波技术后，科学家们可以将环形微波天线紧密地安装到常规结肠镜的末端。此时，一旦在手术过程微波被投射到被测结肠组织后，结肠镜就可以检测到被反射的微波。此时，将所有的反射回波收集起来，一副结肠微波反射图就会生成。在该结肠微波反射图中，不同的结肠组织表征出不同的特征，而这正是由微波的反射特性所决定的。
具体地讲，结肠息肉以及癌变组织相比于正常的结肠组织而言含有更多的血管和水。因此，癌变组织也就含有更多的带电离子，从而其介电特性就与正常结肠组织有所不同。由于不同的介电特性对电流的阻断能力有所不同，所以当微波被分别照射到正常组织与病变组织上时，他们的反射微波会表征出二种不同的电流阻断特性。这时，通过测量不同的电流阻断特性并结合特定算法，结肠癌变组织就可以清晰地被分辨出来。
总结起来，微波结肠镜的优势在于它可以将结肠癌变组织进行精确定位，并且同时可以对癌变组织进行精确检测与分类。
微波结肠镜除了可以区分息肉与正常组织，该技术甚至可以对不透明的生物组织进行成像。当微波结肠镜检测到可疑病变组织时，它会对医生发出警报，从而避免医生在手术过程中漏掉小体量的病变组织。这种技术对医生和患者而言具有重大意义，因为它可以避免医生在结肠镜检查过程中对某些组织是否已经病变进行主观定义，这也就避免了手术过程中严重依赖医生的经验这一弊端。
至今为止，瓜迪奥拉博士等人已经对微波结肠镜的性能进行了测试。他们共利用了23人的结肠切片进行了研究，测试结果表明微波结肠镜可以100%正确地验证结肠癌癌变的存在与否。同时，测试结果表明该微波结肠镜可以以95%的正确性将癌性息肉与非癌变组织进行区分。
瓜迪奥拉强调，如何避免癌变测试的误报是下一步研究的重中之重，MiWEndo Solutions公司也会在接下来的研究中将研究重点放在提升误报率上。
据瓜迪奥拉博士称，已经有约12家内窥镜公司对MiWEndo的技术产生了兴趣。目前，MiWEndo已经获得了180万美元的初始投资，并且该公司正在申请欧盟资金以进行下一步在西班牙与荷兰进行临床试验。
图片来源：MiWEndo Solutions
应用与展望
结肠镜检测设备研发具有广阔的前景。据报道，由于人口老龄化，结肠镜设备市场在2025年规模会达到24亿美元。
而现今科学家们正在对不同的结肠镜成像技术进行研究。除了微波结肠镜系统外，其他结肠镜系统也被广泛地研究。
其中一种具有医用前景的结肠癌成像方法利用了结肠染色技术。该技术的基本原理是：结肠癌变组织对某些特定的染料具有更强的吸收作用。因此，在对结肠进行染色后，可以通过观察结肠的染色特性将癌变组织与正常组织进行区分。
另外一种具有广泛前景的技术是拉曼光谱法。拉曼光谱法利用结肠肿瘤与光的相互作用效应实现癌变组织的区分。在该方法中，正常组织与癌变组织具有不同的拉曼光谱特性，因此可以通过拉曼光谱的对比实现癌变组织的检测。
现如今，最新的研究表明非线性结肠镜与光学层析成像（OCT）结肠镜同样具有非常大的潜力。
其三，由于飞秒激光的波长满足某些生物组织的吸收特性，非线性结肠镜可以实现无标记成像。这样的话，医生在结肠癌检测过程中不需要对结肠组织进行任何的生物标记。
再次，OCT成像技术可以利用非常物美价廉的半导体激光器进行照明，这也为OCT结肠镜的产业化提供了有利的基础。
当然，除了对结肠镜的成像系统进行改进外，如今快速发展的人工智能技术也被应用在结肠癌组织检测中。
[1]. C. Schmidt,(2020) MiWEndo Solutions: using microwave technology to improve colonoscopies.Available at: https://www.nature.com/articles/d41586-020-01802-x.
[2]. Yuan W, et.al., Super-achromatic monolithic microprobe for ultrahigh-resolution endoscopicoptical coherence tomography at 800 nm. Nature communications. 2017 8(1):1-9.
文章来源：中科院长春光机所 Light学术出版中心
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