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如何準確的切除癌症腫瘤組織是手術中的一大難題，切除的組織太少，腫瘤可能會復發；切除的太多又會對健康的組織造成損害，尤其是在重要的器官上。
圖注：貝勒醫學院內分泌外科主任James Suliburk博士在甲狀腺手術中使用MasSpec筆。
來自美國德州貝勒醫學院的實驗室開發了一款名為MasSpec Pen的手持式質譜裝置，它就像一隻筆，筆尖上含著一滴水，可以作為溶劑從組織中提取分子。在與組織直接接觸3至5秒後，將液滴真空抽取到質譜儀，在那裡完成分析。
這項技術的臨床前研究結果最早於2017年9月發表在《科學轉化醫學》（Science Translational Medicine）上，達到了96%的準確度。在當時引發了媒體的廣泛報道和各界的關注，包括好萊塢的編劇，他們將這個想法改編成電視節目"格雷的解剖學"中的一個片段。
專案目前已進入臨床試驗，主要測試了在胰腺癌手術中的應用，最新的結果於2021年7月13日釋出在《美國國家科學院院刊》。
質譜是分析組織樣品中分子組成的強大工具，能夠在癌症手術過程中的提供寶貴的資訊。然而，質譜儀既複雜又笨拙不適合在手術室中設定，這隻質譜筆無疑為實驗室和手術室架起了一座橋樑。有可能成為外科醫生完全去癌細胞的重要武器，為實時精準的醫療打開了大門，改善患者的預後。
01
神奇質譜筆
鎖定癌組織的邊緣
，時長01:00
MasSpec Pen，是一種自動化和生物相容性的手持式質譜裝置，用於快速無損地診斷人體癌症組織。
透過機器學習技術，裝置已經過訓練，用於識別不同癌症的分子，例如乳腺癌，卵巢癌，胰腺癌或甲狀腺癌。
在繁忙的手術中，系統能夠將檢測資訊轉化為的視覺或聲音提示，研究小組的組長Eberlin教授介紹，如果檢測結果是健康組織系統便發出低音訊號，癌症組織則發出高音訊號，外科醫生可以立即採取相應的措施，同時保持對手術的專注。
為保證衛生和防止感染，筆頭是一次性的，同時也支援用高壓滅菌器消毒重複使用。
在人體組織樣本上使用MasSpec筆。資料來源：Vivian Abagiu/德克薩斯大學奧斯汀分校
MasSpec Pen最吸引人之處便是它能夠快速的給出結果。與目前的標準相比，這是一個巨大的提升。目前組織的質譜分析多是採用組織的冷凍切片，取樣，再送到實驗室分析需要花費大量時間。
此外，冷凍過程還可能會改變樣品組織，影響診斷準確性。而MasSpec Pen在手術室內就能實現檢測，樣本直接在患者體內或新鮮切除的組織中獲取，15秒內就能提供結果。
雖然從分子中收集的資訊並不像遺傳分析那樣具體，但分子的表達提供了非常強大的疾病適應症，準確性從92%到99%不等，具體取決於癌症型別。
在2017年的報道中MasSpec Pen能夠分析一塊1.5毫米（0.06英寸）寬的組織，當時研究人員已經開發出更精緻版本，能夠分析直徑僅為0.6毫米的組織。最新的MasSpec Pen效能應該至少達到了這個水準。
MasSpec Pen本身很便宜，但質譜儀昂貴且笨重。
Eberlin教授說："障礙肯定是質譜儀。我們設想的是一種，更小，更便宜，可以進出房間的質譜儀。”
除了檢驗癌症組織外MasSpec Pen還具有巨大的應用潛力，目前正在貝勒醫學院和MD安德森癌症中心進行臨床試驗。根據Eberlin教授的說法，裝置基本上可用於任何型別的實體瘤。
此外，研究人員還在探索MasSpec Pen在法醫環境中的潛力，例如檢測物體表面的非法藥物或水果中的農藥。Eberlin教授說："我們甚至可以用它來確定肉類和魚類的品種，可以避免市場上的以次充好。"
研究獲得的資助
不過為了讓研發精力不要過度分散，目前的臨床試驗還是集中在MasSpec Pen在乳腺癌，胰腺癌和卵巢癌中的應用上。
據Eberlin教授介紹，實現在醫院的應用可能還需3到5年的時間。除了技術調整外，主要還需花費大量時間在監管程式上。Eberlin教授相信，MasSpec Pen有可能成為外科醫生完全去癌細胞的重要武器，為實時精準的醫療打開了大門，改善患者的預後。
臨床試驗
胰腺導管腺癌是最常見的胰腺癌型別，這種癌症擴散迅速且高度致命，五年生存率僅 9%。胰腺手術是一種非常複雜和詳細的手術，切除胰腺腫瘤的典型手術可能需要6到12個小時，需要在幾個小時內做出許多術中決定，對患者的俞後產生長期影響。
在最新的臨床研究中，研究人員首先使用MasSpec Pen分析了157個人類胰腺組織。然後，研究人員將該系統轉移到休斯頓貝勒聖盧克醫療中心的手術室，在18例胰腺手術中測試了該技術。
迄今為止，MasSpec Pen已在150多例人體手術中進行了測試，包括乳房和甲狀腺，這些額外測試的結果將很快提交發表。
2017年9月研究組發表在《科學轉化醫學》（Science Translational Medicine）上的臨床前結果表明，這項技術在96%的時間內都是準確的。
研究人員使用MasSpec筆對20個人類癌症薄組織切片和253個人類患者組織樣本進行離體分子分析，包括來自乳房，肺，甲狀腺和卵巢的正常和癌組織。分析了各種潛在的癌症生物標誌物如代謝物，脂質和蛋白質。具有高靈敏度（96.4%），特異性（96.2%）和整體準確性（96.3%）的癌症預測，以及預測良性和惡性甲狀腺腫瘤以及肺癌的不同組織學亞型。
02
得獎眾多的女性質譜專家
領導MasSpec Pen開發的Schiavinato Eberlin教授在巴西聖保羅的坎皮納斯出生和長大。是貝勒醫學院外科系副教授，也是德克薩斯大學奧斯汀分校化學系的兼職教授。Eberlin教授熱衷於化學和醫學介面的研究。她的研究小組專注於開發創新的質譜技術，以解決健康相關研究中的關鍵問題。
在攻讀博士學位期間，她開發並將環境電離質譜成像應用於人類癌症診斷。為了表彰她的創新工作，Eberlin教授和她的研究團隊獲得了許多獎項，包括美國化學學會的諾貝爾獎獲得者簽名獎，歐萊雅女性科學獎學金，摩爾發明家獎和麥克阿瑟獎學金，並被列入福布斯30位30歲以下科學與醫療保健名單。
2016年， Eberlin開始了她的獨立職業生涯，擔任德克薩斯大學奧斯汀分校化學系的助理教授。從那時起，Livia和她的團隊因其研究而獲得了多項認可。2018年，Livia被任命為斯隆研究員，摩爾發明家研究員和麥克阿瑟研究員。
03
美軍濫用大麻
意外推動技術應用
質譜分析法，指的是將樣品分子經過離子化後，利用其不同質荷比（m/z）的離子在靜電場或磁場中受到的作用力不同而改變運動方向，使其彼此在空間上分離，最後透過收集和檢測這些離子得到質譜圖譜，實現分析目的一種分析方法。
相比傳統的免疫檢測，質譜檢測在檢測的靈敏度、特異性、分析速度、多指標同時檢測等方面有非常強的優勢。
在美國等發達國家，質譜技術已廣泛應用於醫學檢驗，基於該技術開發出的臨床檢測專案已有數百項，但我國目前仍處於起步階段。
從質譜技術最初進入醫學檢驗領域，至今發展至多領域、寬範圍的應用，大約經歷了四十年的時間，最早始於20世紀80年代。
由於免疫法檢測存在假陽性，質譜技術開始從研究性實驗室走入臨床實驗室，如氣相色譜質譜 (GC-MS) 技術起初應用於軍事藥物監測。
推動這種轉變出現的是發生在1981年的美國尼米茲號航空母艦事故。
尼米茲號是美國海軍中最大的一艘核動力航空母艦，1981年5月25日深夜，尼米茲號在準備回收模擬作戰歸來的機群時發生意外，引發大火，該事故最終造成多人死傷。
隨後採用免疫法檢測飛行員尿液樣本時發現，大部分尿檢結果中大麻代謝物呈陽性，表明軍隊中可能存在藥物濫用情況。
因免疫法檢測結果本身存在較高的假陽性率，所以需要使用更為特異的氣相色譜/質譜方法進行確認。而這項方法應用後的10年裡使大麻檢測陽性率從18%降低至8%，這也促使了質譜技術進入毒理實驗室並應用於濫用藥物檢測和治療藥物監測，臨床質譜檢測開始萌芽。
1988年，美國聯邦藥品檢驗局釋出強制性指南，要求治療藥物監測必須使用質譜法進行確認，奠定了質譜技術在治療藥物監測中的重要地位。
04
國產率不足2%
全球質譜儀市場發展相對穩定，2016年預計裝置市場53億美金，至2021年預計複合增長率約在7.9%，屆時將有望達到77億美元市場規模。國內質譜裝置市場尚處於發展初期，98%左右質譜仍為進口品牌，以海關資料估算2016年中國質譜儀市場約在4.5億美元左右。
質譜裝置由於核心專利、製造業工藝等原因，短期生產端仍以進口品牌為主，2016年抽樣調查中LC-MS及GC-MS國產化率均不到2%。短期就醫藥臨床檢測市場而言，用於微生物檢測的MALDI-TOF MS國內近兩年有比較快的發展。
從全球主流質譜生產企業來看，沃特世、安捷倫、賽默飛世爾、布魯克等在中國區均有專利保護。
國內近兩年MALDI-TOF質譜的生產在一定程度上有所突破，包括最早上市的毅新博創的clinTOF I以及近幾年的融智生物、安圖生物、禾信儀器、東西分析等都陸續有產品申報或上市。
而在臨床檢測方面，質譜檢測是一個125億市場的新興藍海。國內質譜的臨床檢測主要用於新生兒遺傳篩查、維生素D檢測、微生物診斷、藥品檢測等檢測領域。對應市場空間分別為22億元、76億元、21億元、6億元。我們初步估計質譜的臨床檢測將會是一個百億以上的藍海市場。當前主流服務商包括金域醫學、迪安診斷等傳統醫學診斷實驗室龍頭。
參考美國經驗，質譜臨床檢測的發展離不開獨立醫學實驗室（ICL）的崛起和臨床自建專案（LDT）的完善。ICL規模化後具備採購昂貴裝置能力，且透過連鎖實驗室實現樣本的規模化；LDT則使得質譜的臨床檢測更加多元化，豐富檢測專案。經過近10年發展，國內ICL已初具規模，未來LDT的逐步放開將為質譜臨床應用市場開啟更廣闊空間。
未來隨著質譜儀器的各項效能的提升，質譜儀有望像免疫學方法和化學發光法一樣，成為臨床生化檢驗中自動化、智慧化、易用化的檢測平臺。
