利用拉曼光谱研究大脑的进展

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分子以两种方式散射光子，有的是弹性的，有的是非弹性的。弹性散射时，光的频率和波长不会发生明显变化。有些光子是非弹性散射的，因为它们将一些能量转移到分子内的化学键上，并在这个过程中转移到另一种频率，这种现象被称为拉曼效应。

拉曼散射可以用高灵敏度光谱仪和窄带激光激发来测量。每个分子的拉曼光谱显示了每个键是如何与光相互作用的。拉曼光谱峰是特定振动运动模式的函数，与特定类型的键相关。其中一些模式是拉伸、弯曲或剪切。例如，在H-C= c键中，H-C=键表现出伸缩振动运动，就像在含有大量脂肪的生物组织中看到的那样。换句话说，拉曼光谱通过产生与蛋白质、脂肪和核酸产生的单个振动光谱总和一致的振动指纹，帮助识别组织的化学成分。

拉曼光谱与大脑

在大脑中，肿瘤细胞产生的拉曼光谱与正常细胞产生的拉曼光谱不同。这使得术前和术中都能准确识别脑肿瘤。通过拉曼光谱的差异可以区分正常和水肿的脑组织，这一事实早在1990年就使用了O-H拉伸模式。然而，这种技术缺乏灵敏度，并且存在相当大的背景干扰，妨碍了它的使用。

用拉曼光谱法可以很容易地和几乎完全准确地将重要脑组织和坏死组织区分开来。这使得实时引导脑活组织检查成为可能，也有助于确定脑肿瘤切除的边缘。这种区别是由于坏死细胞的高胆固醇水平影响其拉曼光谱。浸润性肿瘤边缘也可以与实际肿瘤区分开来。

其他依赖于拉曼光谱用于大脑研究的技术包括根据每种化学成分的相对强度绘制颜色图，如红色表示高蛋白浓度。它们能够区分白质、灰质和肿瘤细胞。虽然相对简单，但这种多通道彩色成像技术可以诊断肿瘤，准确率高达90%。

今天，光纤探头使用手持设备对着脑表面或切除的组织腔用于手术间拉曼光谱。分析光谱峰，以判断与探针接触的表面下一毫米脑组织组织是正常的还是被肿瘤细胞侵袭，前提是侵袭率为15%或更多。这保证了相当的准确性(92%)，敏感性和特异性都在91%以上。

挑战

拉曼光谱具有一些重要的局限性，如非弹性散射的比例小，这就需要长时间的图像采集，导致分辨率低，以及伪影的增加。为了优化这种技术的使用，相干喇曼光谱(CRS)显微镜使用相干反斯托克斯喇曼散射(CARS)和受激喇曼散射(SRS)，串联使用来增加产生的信号的强度。

它们提供了第二束来产生化学键的相干振动运动。其结果是更强的信号，比自发拉曼散射高出10000个数量级，因此最终分辨率要高得多，达到亚微米尺度，成像速度提高到接近视频的速率。

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CRS显微镜允许在不进行薄切片的情况下检查标本，因为生物分子激励的非线性方式导致固有的三维切片。它可以根据不同的振动模式选择图像，而不同的光谱峰可以区分富含脂质和富含蛋白质的细胞。宽带CARS甚至更快、更灵敏，但利用的是特征分子指纹区域内更广泛的光谱。

优势是能够执行分析即使在水的存在,光导纤维探头的兼容性与弯曲的路径,这样可以获得系统的频谱没有破坏的组织,最后,一个快速、准确实时的方法组织评估术中决策。这是可能的，因为样本不需要特殊的准备或标记，因此可以在手术期间评估而不中断手术;诊断迅速;这个过程完全是非侵入性的。另一个优点是，它减少了通过FISH、电子显微镜或免疫组化染色等方法获得正确诊断的检测总数和费用。经证实，在进行了H&E染色后，它与标准组织病理学结果完全一致。

临床意义

这些技术对揭示肿瘤浸润边缘，降低脑肿瘤的发病率和死亡率具有重要意义。这样可以更准确地切除肿瘤，而不会因不必要地切除健康组织而危及神经功能，甚至病人的生命。同时，它避免了残留的肿瘤细胞可能导致复发，除非不可能实现完全切除肿瘤。

拉曼光谱的另一个用途是引导第一次活检失败后的第二次活检，没有发现肿瘤细胞。它还可以定位放射治疗的正确部位。它也可以提供一个非常准确的方法，在手术中诊断恶性肿瘤的小儿脑肿瘤。

来源

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