科研軼聞》夢想還是幻想？打造「癌細胞變異即時檢測系統」
日前，英國劍橋大學成立了第一個「早期癌症研究所 (Early Cancer Institute) 」，旨在探討癌症的初始狀態與各種早期徵象，希望能真正做到防患於未然，在癌症這個惡魔尚未發展成形前就予以偵測殲滅。但是，科學家的這個宏大願景，真的有可能實現嗎？
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這聽起來有點類似好萊塢大導演史蒂芬史匹柏以及巨星湯姆克魯斯的著名科幻電影【關鍵報告 (Minority Report)】裡的情節。講述在未來世界，警方仰賴一套「犯罪先知系統」，主動察覺預知犯罪者的意圖，並搶在行兇前的關鍵時刻，及時找到嫌疑犯的所在位置將之逮捕，避免憾事成真。
可惜與電影不同的是，儘管近來癌症研究進展迅速，目前生醫學界還沒有任何技術方法，可以即時察覺哪顆正常細胞即將要惡變成為癌細胞，或是預知哪個腫瘤即將要擴散蔓延。現階段科學家能做的且正在努力研發的，就是持續精進分子影像檢測技術，搭配 AI 人工智慧與大數據分析，來協助腫瘤專科醫師判讀患者疾病現況，並提供最佳治療規劃以及療效評估。
過去曾有研究文獻嘗試以數學模式推估，發現某些腫瘤可以潛伏人體超過 10 年以上。
2 年前，哈佛大學發表使用最新「單細胞定序技術」，追蹤重建兩位血癌病人的造血幹細胞基因突變演進歷程。結果發現其中一位年長患者於 63 歲時確診罹癌，但其造血幹細胞早在 19 歲左右就已產生特定致癌基因的關鍵突變；另一位年輕患者於 34 歲確診，其造血幹細胞更是早在 9 歲左右就出現類似基因突變。
這些研究清楚證明，腫瘤可以蟄伏長達數十年極其緩慢地生長，這也使得現行醫療術語「早期發現、早期治療」的「早期」一詞，顯得有些違反直覺與矛盾混淆。
臨床上，所謂的癌症早中晚期，指的是腫瘤「使壞作亂」的不同程度差異，並無法確切反映腫瘤本身的實際存在年月。
換言之，無論現行影像技術再怎麼精準判斷腫瘤病灶、大小、型態與期別，對於經歷好長一段時間逐漸累積各種不同致癌機轉才終於發展成形的腫瘤而言，俟被發現時恐怕都得算是「晚期」，自然也就連帶影響了病患後續治療效果與健康狀況。【推薦閱讀：科研軼聞》既孤獨又勇敢的生命鬥士：癌症靜脈化療試驗的首位無名英雄 J.D.】
想要增加戰勝癌症的機會，我們需要更早發現它！
但實際的情況是，科學家們往往迴避研究早期癌症。一來是想要尋找幾乎無法探測到的初始腫瘤，有如大海撈針，二來是費時耗日，對自己的研究生涯不僅毫無助益，甚至可能提前告終。
即便有少數有志之士願意投入這項艱困工作，卻多半單打獨鬥、各自為政，只從事自己感興趣的小範圍研究課題，彼此間缺乏互動溝通，遑論合作。
有鑑於此，幾年前，英國慈善組織癌症研究基金會 (Cancer Research UK)，聯合了劍橋大學、曼徹斯特大學、倫敦大學學院，史丹福大學、以及俄勒岡醫科大學等 ５ 所英美頂尖癌症研究機構，投入數千萬英鎊組成一個「國際癌症早期檢測聯盟 (International Alliance for Cancer Early Detection)」。希望結合眾人智慧力量，共同開發可行早期檢測技術方法，以診斷識別癌前病變時期或是剛成形不久的初始腫瘤。
去年秋天，劍橋大學醫學院更為此成立了英國第一個「早期癌症研究所」。此獨立學術機構預計招攬 10 個研究小組近 2 百名研究人員，目標是致力於研發早期腫瘤偵測技術、評估早期腫瘤惡變風險、以及最重要的任務—如何提前攔截早期腫瘤，以防止其發展成為致命癌症。【推薦閱讀：不抽菸得肺癌重大發現登上《自然》封面！破解空污致癌機制、提出全新預防和治療方式】
新創「細胞海綿」早期篩檢技術 精準揪出食道癌高風險患者
研究所首任所長為蕾貝卡費茲傑羅教授，她最廣為人知的貢獻是發明「細胞海綿 (Cytosponge)」技術，可用於篩檢診斷食道癌的前身「巴瑞特氏食道症」。這是一種因為長期受到胃酸逆流刺激所造成的食道黏膜發炎病變。
食道癌堪稱「沉默殺手」，大多數患者直到癌細胞擴散轉移之後才會出現臨床症狀。根據研究，巴瑞特氏食道症病人日後罹患食道癌的風險，比一般人高出 30 至 60 倍之多。雖然不是所有胃食道逆流病例都會演變成巴瑞特氏食道症，但病情監測非常重要。因為後續一旦發展成為食道癌，病人的預後普遍不佳且生活品質極差，嚴重者甚至完全無法吞嚥，必需接受切除重建手術與各種激烈抗癌療法。
傳統上，巴瑞特氏食道症多由醫師進行胃內視鏡檢查確認，但缺點是較細微的食道黏膜發炎不僅察覺不易，且常無法進行完整切片與病理化驗。
為此，費茲傑羅教授團隊花了將近 10 年時間研發出一種附有細線的特殊微型海綿，先將之壓縮裝入於膠囊中，俟受檢者吞服之後，膠囊外殼迅速在胃部溶解，釋放出來的海綿便會在胃部内膨脹展延成約 3 公分寬充滿著細小網孔的球體結構。此時醫護人員開始拉動細線，將海綿從胃中通過食道於口腔取出，而海綿就會沿路由下而上收集取樣整條食道管壁的黏膜細胞組織標本，然後送往實驗室進行染色化驗與病理診斷。
這項先進技術，隨後於英國 1 百多間醫療院所展開 3 階段、超過上萬名胃食道逆流患者的隨機臨床試驗。測試結果非常成功、大受醫護人員與民眾好評。從吞食膠囊到拉線完成組織細胞採樣過程僅需 10 分鐘，且受檢者多無任何痛楚不適。
此外，研究人員還開發了一套半自動AI人工智能診斷系統，透過深度模仿學習病理學家如何判讀巴瑞特氏食道症的陰性／陽性特徵，協助處理大量檢體的原始數據圖像與數位演算分類，以減輕醫師與病理學家的工作負擔與時間壓力。
結果顯示，運用細胞海綿技術所篩得的巴瑞特氏食道症陽性病例，比傳統胃鏡檢查增加了將近 11 倍之多。此項試驗成果陸續獲得了「柳葉刀 (The Lancet)」、「科學 (Science)」、「自然醫學 (Nature Medicine)」等權威雜誌刊登發表，除證實長期飽受胃食道逆流之苦的患者的確有較高機率被採檢出巴瑞特氏食道症之外，當中甚至有幾位陽性個案被轉介做進一步內視鏡切片化驗後，發現竟已罹患早期食道癌。
其中一位是 70 多歲的劍橋大學退休科學家麗茲奇普切斯女士。她有多年的胃食道逆流病史，但在按時服藥和飲食控制下已漸少發作，因此自認身體還算健朗。出於本身對於新興醫療科技的高度興趣，她欣然接受了臨床試驗邀請。卻萬萬沒有想到，檢測結果她不僅是巴瑞特氏食道症陽性，更震驚的是居然被診斷得到了癌症，而且癌細胞已經接近蔓延擴散階段。所幸發現得早，醫生立即以內視鏡切除腫瘤病灶，無需任何化療或放療，讓奇普切斯女士以最快的速度回歸正常生活。
若不是參加了這項臨床篩檢試驗，這些渾然不覺已然罹癌的慢性胃食道逆流患者，恐怕都得要等到體內腫瘤持續變大造成食道管腔狹小阻塞，繼而出現吞嚥困難、體重減輕、咳血與上腹部疼痛等明顯症狀後方才主動就醫，但此時多因太晚發現病情而藥石罔效。
至於其他也被驗出巴瑞特氏食道症陽性但尚無食道癌跡象的受檢者，醫師除建議積極服藥以抑制胃酸分泌及改善食道發炎潰瘍之外，也正持續定期追蹤監測患者食道黏膜有否產生癌變。
目前，陸續有其他國家加入參與這項臨床篩檢試驗。在台灣，估計有數百萬國人患有胃食道逆流問題，加上現代人生活忙碌三餐不正常，且高糖手搖飲料與高油辛辣食物盛行，導致確診病例逐年增多。希望不久將來，台灣廣大胃食道逆流患者也能受惠於這套新創技術，藉以篩出巴瑞特氏食道症陽性民眾，以降低其未來罹患食道癌的風險與醫療成本。即使日後真的不幸得癌，醫師也能立即施予治療，以拯救病人寶貴性命。
除了食道癌之外，少數幾項癌別例如子宮頸癌、口腔癌、黑色素瘤等，也可以經由簡易快速方法於癌前病變或早期癌病階段予以偵測診斷，朝向達成完全治癒的目標持續邁進。【推薦閱讀：打疫苗治癌症最快今年問世！mRNA 疫苗治療黑色素細胞瘤臨床試驗結果振奮人心】
透過早期檢測與大數據分析，重建初始腫瘤歷程，幫助提高存活率
但是，有許多惡性癌症，其能被早期偵測發現的機會仍然很低。因此，在所長費茲傑羅教授的領導下，早期癌症研究所聯合了劍橋生醫園區的附近幾家醫院，以及阿斯特捷利康與葛蘭素史克等製藥公司，再加上校內其他系所的頂尖數學家、物理學家與工程師們，共同致力開發包括肺癌、肝癌、胰臟癌、食道癌、腎臟癌、急性骨髓性白血病等高死亡率疾病的早期偵測與判讀技術。希望能於更早階段篩檢出高風險罹癌族群並提供正確醫療援助，以提高患者的疾病控制率與存活率。
另一項值得一提的研究亮點，台灣也有類似計畫構思，就是大規模收集不同癌別腫瘤樣本，進行深度全基因組量化遺傳分析，比對鑑定疾病易感基因的突變熱點與致癌風險因子。接著利用大數據人工智慧針對這些突變位點進行統計分類，「倒帶」追溯癌症起源的特殊「基因突變指紋」，進而模擬初始腫瘤的自然發生歷程。
未來的理想狀況是希望能達到類似科幻電影所描繪的預知境界，每位受檢者都有一個專屬的全基因組序列資料，一旦檢測發現有任何不好的基因突變指紋，就立即和 AI 大數據庫裡的各種已知細胞惡變時間表進行交叉比對，以推估預測未來的罹癌機率與可能惡化進展。
概念乍似簡單，卻艱難萬分。因為不像傳統抗癌藥物般，可以針對相對少數的末期病患進行較小規模的臨床療效試驗，開發早期癌症篩檢技術搭配 AI 人工智能診斷，動輒需要進行長達數年以上的大規模人數測試，方才能確定其安全性與有效性。【推薦閱讀：戰勝癌細胞新選擇：免疫療法能救你的癌症嗎？3 大迷思一次破解！】
此外，民眾對於自身病情交由人工智慧判讀預測的接受度與信任度，也尚待考驗。萬一發生 AI 人工智能編造聽起來十分有說服力但卻大錯特錯的醫療建議，或是個人病情隱私與影像圖表資料被惡意盜取公開，都有可能讓這些新創技術徒增爭議甚或窒礙難行。
想要在可見的未來即時偵測到那第一顆癌變細胞的夢想，大概很難實現，但藉由提升早期檢測技術與影像的解析靈敏度，看到僅零點幾公分或甚至更小的初始腫瘤並預估其惡化風險，絕對可以拭目以待。
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