IT之家 12 月 29 日消息，美國密歇根州立大學科學家研發(fā)出一種新型拉曼成像系統(tǒng)，能通過檢測附著于腫瘤的納米粒子所發(fā)出的極微弱信號，能夠準確區(qū)分癌變組織與正常組織。該技術有望助力癌癥的早期檢測，并推動先進分子成像工具走出科研實驗室，進入更實用的臨床場景。
據IT之家了解，該成像系統(tǒng)旨在檢測表面增強拉曼散射（SERS）納米顆粒發(fā)出的極微弱信號，這類納米顆粒經過工程設計，可附著于腫瘤標志物。當納米顆粒被施加于樣本或檢測部位后，系統(tǒng)會讀取其拉曼信號，并自動高亮顯示更可能存在腫瘤組織的區(qū)域。
密歇根州立大學定量健康科學與工程研究所（IQ）的研究團隊負責人邱震（Zhen Qiu，音譯）表示：“傳統(tǒng)癌癥診斷方法耗時費力，需要對組織樣本進行染色，再由病理醫(yī)生判斷是否存在異常。我們的系統(tǒng)雖不會直接取代病理診斷，但可作為一種快速篩查工具，加快診斷進程。”
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在《Optica》期刊中，邱震團隊發(fā)文稱，他們的系統(tǒng)不僅能區(qū)分癌細胞與健康細胞，還可檢測到比同類商用系統(tǒng)弱約四倍的拉曼信號。這種靈敏度的提升，源于將掃頻光源激光器（在分析過程中可改變波長）與一種名為超導納米線單光子探測器（SNSPD）的超高靈敏度探測器相結合。
邱震指出：“該技術最終有望催生便攜式或術中檢測設備，幫助臨床醫(yī)生更早發(fā)現(xiàn)癌癥、提高活檢取樣的準確性，并通過微創(chuàng)檢測監(jiān)測疾病進展。歸根結底，這些技術進步將改善患者預后，減少診斷延誤，加快從檢測到治療的進程。”
邱震的實驗室致力于研究如何利用超導納米線單光子探測器增強各類成像技術的性能。超導納米線單光子探測器的核心是一根超導導線，可捕捉單個光子，使系統(tǒng)能夠高速采集極微弱的光學信號，同時將背景噪聲控制在極低水平。
在本項研究中，科研人員的目標是搭建一個檢測平臺，使其能捕捉到比現(xiàn)有拉曼系統(tǒng)微弱得多的拉曼信號。拉曼成像的原理是，通過分子獨特的光散射特征圖譜，繪制樣本的化學成分分布；而表面增強拉曼散射納米顆粒的應用，可進一步放大這類信號。
邱震介紹：“將這種先進探測器與掃頻拉曼架構相結合，不僅取代了體積龐大的相機，還能更高效地收集光線，最終打造出的系統(tǒng)，其檢測極限遠超同類商用設備。此外，光纖耦合的結構設計與緊湊的整機體積，也為系統(tǒng)的小型化及未來的臨床轉化奠定了基礎。”
為測試系統(tǒng)性能，研究團隊采用了包覆透明質酸的表面增強拉曼散射納米顆粒，這種納米顆粒可與多種腫瘤細胞表面的 CD44 蛋白相結合。在針對納米顆粒溶液的初步實驗中，該系統(tǒng)的檢測靈敏度達到了飛摩爾級別。隨后，研究人員將該成像平臺應用于體外培養(yǎng)的乳腺癌細胞、小鼠腫瘤組織及健康組織樣本。
邱震表示：“表面增強拉曼散射信號在腫瘤樣本中高度富集，而在健康組織中僅檢測到極低的背景信號。這既證明了系統(tǒng)卓越的靈敏度，也體現(xiàn)了其區(qū)分腫瘤與健康組織的可靠能力。此外，通過調整或替換靶向分子，該方法有望適配其他類型癌癥的檢測。”
研究人員指出，該系統(tǒng)投入臨床使用前仍需開展更多工作。未來的優(yōu)化方向將聚焦于提高信號讀取速度，以及擴大驗證研究的規(guī)模。目前團隊正在探索更快速的激光光源（包括垂直腔面發(fā)射激光器），并測試縮小掃頻范圍能否進一步提升系統(tǒng)性能。同時，他們還計劃開展多路復用實驗，利用不同納米顆粒同時靶向多種生物標志物。
