文献标题：Mechanical characteristics of glioblastoma and peritumoral tumor-free human brain tissue

作者/通讯作者：Jessica Kren, Isabelle Skambath, Patrick Kuppler, Steffen Buschschluter, Nicolas Detrez, Sazgar Burhan, Robert Huber, Ralf Brinkmann, Matteo Mario Bonsanto

期刊：Acta Neurochirurgica 年份：2024 

研究领域：脑组织生物力学、胶质母细胞瘤、肿瘤微环境

研究目的 / 科学问题：
胶质母细胞瘤（GBM）是中枢神经系统最具侵袭性的原发性肿瘤之一，手术切除是治疗的重要环节。然而，即使对经验丰富的神经外科医生而言，术中区分肿瘤组织与周围非肿瘤脑组织仍然困难，尤其对于胶质瘤。本研究旨在探究生物力学参数（弹性模量和应力松弛行为）是否可作为区分肿瘤组织（GBM）与非肿瘤瘤周组织的额外标准。

实验方法（重点：细胞类型、力学加载方式、设备、检测手段）：
细胞类型：本研究并非细胞实验，而是直接使用患者手术切除的人脑组织样本进行离体测试。
样本来源：纳入19例患者，其中初诊GBM 10例、复发GBM 9例。所有复发GBM患者均接受过放化疗。纳入标准：年龄>18岁、可签署知情同意、肿瘤位于幕上、肿瘤位于非功能区。排除标准：严重合并症、凝血障碍或服用抗凝药物、妊娠。研究经当地伦理委员会批准（Ethics Committee University of Luebeck, AZ 19-319），遵循赫尔辛基宣言。
设备与力学加载方式：使用Biomomentum Mach-1 v500c®设备（Montreal, Canada），配备垂直单轴载荷传感器（最大0.25N）。采用平面圆柱形测试杆（直径1 mm），以0.1 mm/s速率对样本进行无侧限加载至0.3 g，随后保持位移30秒以测定应力松弛行为。
检测手段：压痕测试测定弹性模量和应力松弛行为。弹性模量在200 μm压痕深度处通过载荷-压痕曲线的斜率评估，每个样本在不同位置测量三次。应力松弛数据拟合至模型，提取材料特异性常数（G1, G2, τ1, τ2）。随后使用逻辑回归分类算法基于应力松弛行为区分肿瘤与非肿瘤组织。所有样本经福尔马林固定、H&E染色并由神经病理学家进行组织病理学分类（非肿瘤：未检出肿瘤细胞；肿瘤：肿瘤细胞>60%）。

核心结果：
弹性：两组（非肿瘤 vs. GBM）在弹性模量上无统计学显著差异。GBM组的弹性模量离散度高于非肿瘤样本，复发组的离散度高于初诊组（均不显著）。肿瘤大小与弹性模量之间存在相关性（r = 0.48），但未达统计学显著性（p = 0.052），小肿瘤倾向于比大肿瘤更软。
应力松弛行为：单个松弛参数显示部分显著的组间差异。非肿瘤组织与GBM组织之间，G1、τ1、τ2和G0的差异在Wilcoxon秩和检验中显著（G1：p = 0.0005, W = 215；τ1：p = 0.001, W = 211；τ2：p = 0.01, W = 189；G0：p = 0.01, W = 61）。应力松弛实验中，非肿瘤组织似乎比GBM组织松弛稍快。在15秒时，非肿瘤组织的变形维持值为均值50%（中位数49%），GBM组织为均值56%（中位数56%），组间差异显著（p = 0.006, W = 199）。
分类：仅基于应力松弛行为的逻辑回归分类，对肿瘤类的召回率为0.83（SD=0.12），精确率为0.87（SD=0.09）。

结论：
机械特性数据，特别是应力松弛行为，可作为区分肿瘤性脑组织与非肿瘤性脑组织的额外要素。本研究所达到的分类灵敏度/召回率（83%）与5-ALA的已知值（约85%）相近，并超过荧光素钠（42–80.8%）。术中组织力学参数信息可为外科医生提供有价值的补充信息，有望增加切除范围并延长生存时间和无复发生存期。

原文文献链接：
https://link.springer.com/article/10.1007/s00701-024-06009-x