用于癌组织筛查的拉曼微光谱技术

网络研讨会:拉曼光谱——临床诊断的新曙光

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光谱学技术已广泛应用于生物分子及其在活细胞中的功能研究。拉曼微光谱(RMS)作为一种这样的技术，目前正被研究作为一种替代诊断工具，以确定活细胞的健康状态的已建立的技术，如组织病理学。来自诺丁汉大学的Larraona-Puy和他的同事[1]展示了如何利用拉曼微光谱技术区分基底细胞癌和周围的健康组织，包括与毛囊相关的组织。他们的工作与开发癌症诊断和辅助显微手术的替代方法特别相关。

皮肤癌是人类最常见的癌症类型，基底细胞癌(BCC)占10例确诊病例的约8例。莫氏显微外科手术(MMS)被认为是最适合的治疗疑难病例，当需要最大限度地保存组织时，例如，当要从儿童脸上切除癌。它需要通过外科手术逐步切除癌变组织。这一过程的一个关键挑战是在确保切除所有肿瘤的同时最大限度地保留健康组织。组织病理学是确定肿瘤和健康组织边界的标准技术。然而，组织病理学诊断是主观的、有创的、耗时的;这可能会导致患者的手术时间很长，因为每个活检都要被带到实验室进行分析，以评估是否需要进一步的手术。拥有一种自动、客观、快速区分癌变组织和非癌变组织的替代工具，是这一领域研究的动力所在。Larraona-Puy和他的同事已经证明了拉曼微光谱(RMS)是如何形成这种工具的基础的。

图1:用于拉曼微光谱测量的装置示意图

图1显示了RMS实验的示意图。它包括一个倒置显微镜(奥林巴斯IX71)与一个高精度自动化XYZ翻译台(h17, Prior Ltd.)。在785nm的连续波二极管激光器(XTRA, Toptica)通过物镜来散射样品细胞分子。物镜的放大倍数为x50，数字光圈为0.75。来自细胞的拉曼和瑞利散射光被收集，并通过物镜耦合回光谱系统。后者包括一个三叶草SR303i摄谱仪和一个iDus背光深度耗尽(BRDD) CCD相机(DU401A-BRDD, Andor)。BRDD传感器确保了高灵敏度，并消除了在本工作中使用的近红外波长工作时的任何不利的垂直落差影响。在激光前使用一个滤光片，以确保样品上的激励波长稳定，并使用缺口滤光片消除重要拉曼信号中的瑞利散射光，然后聚焦到摄谱仪中;一个陷波滤波器促进了激励光束与显微镜光轴的耦合。

图2:从基底细胞组织(a)和健康组织(真皮(b)和表皮(c)获得的典型拉曼光谱

拉曼光谱提供了组织细胞内特定类型分子的特征“指纹”光谱。拉曼光谱的差异分析可用于区分表皮、真皮和BCC组织[3]。为了达到这一目的，需要进行化学计量分析。研究人员利用显示正常组织和异常组织之间光谱差异最大的选定拉曼波段和线性判别分析(LDA)构建了一个模型，以期优化模型的敏感性和特异性能力;该模型能区分BBC和健康组织，灵敏度为~90%，特异性为~85%。然后，他们可以继续在体外组织切片上使用拉曼映射建立二维图像——这是允许临床医生决定健康组织和肿瘤之间的边界的关键要求。图2显示了健康和肿瘤组织的一些说明性拉曼光谱。通过对比拉曼图像和相应的病理图像来评估该技术的潜在有效性和准确性。后者在体外拉曼测量完成后获得。图3显示了由拉曼数据得到的拉曼伪彩色图像，并与相应的病理图像进行比较。 The group’s results demonstrated the ability to identify the presence or absence of tumorous tissue without the need for histopathological assessment. Figure 2: Typical Raman spectra acquired from BCC tissue (a), and healthy tissue - dermis (b) and epidermis (c). The Nottingham group has extended the applicability of their model to discriminate between hair follicles and BCC [2]. Raman micro-spectroscopy does offer the potential for that automated, objective and accessible tool for tissue analysis which in due course may extend the wider use of Mohs microsurgical procedures in medical treatments.