清明节前夕，上海交通大学教授金涵等人的“诱导呼气式泛癌早筛”成果登上国际知名科技期刊《细胞·生物材料》。他们在国际上率先发现：一种名为“苯基-β-D-葡萄糖醛酸酯”的化合物可作为诱导剂，与人体肿瘤微环境中的β-葡萄糖醛酸酶反应，释放出苯酚气体，从而实现胃癌、肺癌、肝癌、结肠癌等多种癌症的早期预警，特异性和准确率超过94.3%。
在论文致谢部分，金涵写道：“谨以这项研究缅怀先后因胃癌、脑癌和肺癌离世的祖母、母亲和父亲。作者衷心希望，这一策略能为癌症预防贡献力量。”
吹两口气有望预警癌症
走进实验室，上海交大博士薛翠丽等人向记者演示了如何“吹口气检测癌症”：先对着呼气袋吹一口气，用一台手持式呼气分析仪样机检测本底呼出气信号；随后，口服诱导剂；一段时间后，再对着呼气袋吹一口气，用仪器检测诱导呼气标志物信号。如果两个信号数值不同，仪器就会发出癌症预警，提醒受检者去医院做进一步检查。
上海交大讲席教授、河南大学学术副校长崔大祥认为，这项原创研究有很大的临床应用潜力，有助于我国提高总体癌症5年生存率。
金涵教授等人发表在《细胞·生物材料》上的论文
金涵告诉记者，他在以色列理工学院做博士后时，师从霍萨姆·海克教授，研究“呼气式癌症早筛”技术。这种前沿技术只需要人们对着仪器吹口气，通过检测气体成分，就能诊断出是否患有癌症。其科学原理是恶性肿瘤会导致周边器官代谢异常，使癌症患者呼出的气体中，一些成分的浓度发生显著变化。与传统诊断技术相比，它具有无创、分析过程简单、适合普及到家庭等优势。
入职上海交大后，这位海归博士开始研究“诱导呼气式泛癌早筛”技术。与海克研发的第一代技术不同，它需要人们在检测前口服诱导剂，以消除环境污染、个体差异、标志物特异性差等因素，达到更精准的效果。
亲人离世给他研究动力
用什么物质作诱导剂？金涵把搜索目标锁定在β-葡萄糖醛酸酶上。以往科学家发现，这种酶原本只存在于正常细胞内部，出现恶性肿瘤后，它会急剧扩增，并在细胞膜表面尤其是肿瘤微环境中堆积。针对这一现象，他带领团队设计了一个只能在细胞膜外与β-葡萄糖醛酸酶发生特异性反应的分子结构，反应产物是苯酚。受检者服用这个分子后，如果仪器检测到呼出气中苯酚浓度显著升高，就意味着体内有恶性肿瘤的风险很高。
根据设计的分子结构，他们在化合物库里“按图索骥”，经过1000多次实验，终于找到了苯基-β-D-葡萄糖醛酸酯。这是一种从大豆中提取的天然化合物，对人体无害，而且可以用人工化学合成实现量产。
金涵教授在记录呼气分析传感器的性能数据。
用这种诱导剂，可否实现准确的泛癌早筛？交大团队与多家机构合作，开展了大批次动物实验和人体临床验证。做这些实验耗资很大，因为没申请到国家自然科学基金重点项目，金涵近年来一直在自筹经费。为了节省开支，他办公室里的桌椅都是其他老师淘汰下来的旧货。
让他坚持研究的动力，来自三位因癌症去世的亲人。其中，父亲的离世令他深感内疚。“我爸爸常年不去医院体检，我也没督促他做体检，等到诊断出肺癌时，已经是晚期了。”金涵伤感地说，“很多老人不愿去医院体检，如果有一种家用检测仪器，可以像测体温一样便捷地完成肿瘤早期筛查，也许能让很多老人更健康长寿。”
计划把样机转化为产品
这种家用检测仪器的核心部件是气体传感器芯片。在研发芯片时，金涵团队得到了安徽北方微电子研究院集团近100万元资助。如今，装有芯片的手持式呼气分析仪样机已问世。它很轻，大小和相机差不多，检测一次的成本仅50元左右。
微型气体传感器（左）和手持式呼气分析仪样机
从方法创新到技术突破，再到仪器研发，这位科学家走的是一条前人没走过的路。去年，他带领团队完成了胃癌、肺癌、肝癌、结肠癌模型小鼠实验，以及一项针对极早期肺癌患者的小型临床研究。发表在《细胞·生物材料》的论文显示：“诱导呼气式泛癌早筛”技术的特异性、灵敏度和准确率均超过94.3%；双盲临床试验验证了这种技术用于极早期肺癌筛查的有效性，一个典型案例是筛查出0.8厘米的微浸润肺腺癌。
《细胞·生物材料》审稿专家认为：“这篇论文介绍了一种新型挥发组学研究方法，该方法具有无创、高灵敏的特点，可用于癌症检测。方法思路独特、技术前沿，所有研究结果均验证了其策略的可行性。”
这项成果的相关技术已获中、美、英、日四国发明专利授权。下一步，金涵计划启动多中心临床试验，扩大受试人群并覆盖更多癌种，同时推进呼气分析仪样机向医疗器械产品转化。在他看来，这款设备有望进入家庭应用场景，可有效填补癌症便捷早筛领域的技术空白，降低筛查成本、提升癌症早期检出率，也有助于构建家庭自检与医院诊疗联动的远程监测体系。
“我经历过三位亲人患癌离世带来的痛苦，我想用自己的科研成果，让很多人不再经历这种痛苦和遗憾。”金涵告诉记者。
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