新型拉曼成像系统可精准区分癌细胞与健康细胞，助力癌症早期检测

IT之家 12 月 29 日消息，美国密歇根州立大学科学家研发出一种新型拉曼成像系统，能通过检测附着于肿瘤的纳米粒子所发出的极微弱信号，能够准确区分癌变组织与正常组织。该技术有望助力癌症的早期检测，并推动先进分子成像工具走出科研实验室，进入更实用的临床场景。

据IT之家了解，该成像系统旨在检测表面增强拉曼散射（SERS）纳米颗粒发出的极微弱信号，这类纳米颗粒经过工程设计，可附着于肿瘤标志物。当纳米颗粒被施加于样本或检测部位后，系统会读取其拉曼信号，并自动高亮显示更可能存在肿瘤组织的区域。

密歇根州立大学定量健康科学与工程研究所（IQ）的研究团队负责人邱震（Zhen Qiu，音译）表示：“传统癌症诊断方法耗时费力，需要对组织样本进行染色，再由病理医生判断是否存在异常。我们的系统虽不会直接取代病理诊断，但可作为一种快速筛查工具，加快诊断进程。”

在《Optica》期刊中，邱震团队发文称，他们的系统不仅能区分癌细胞与健康细胞，还可检测到比同类商用系统弱约四倍的拉曼信号。这种灵敏度的提升，源于将扫频光源激光器（在分析过程中可改变波长）与一种名为超导纳米线单光子探测器（SNSPD）的超高灵敏度探测器相结合。

邱震指出：“该技术最终有望催生便携式或术中检测设备，帮助临床医生更早发现癌症、提高活检取样的准确性，并通过微创检测监测疾病进展。归根结底，这些技术进步将改善患者预后，减少诊断延误，加快从检测到治疗的进程。”

邱震的实验室致力于研究如何利用超导纳米线单光子探测器增强各类成像技术的性能。超导纳米线单光子探测器的核心是一根超导导线，可捕捉单个光子，使系统能够高速采集极微弱的光学信号，同时将背景噪声控制在极低水平。

在本项研究中，科研人员的目标是搭建一个检测平台，使其能捕捉到比现有拉曼系统微弱得多的拉曼信号。拉曼成像的原理是，通过分子独特的光散射特征图谱，绘制样本的化学成分分布；而表面增强拉曼散射纳米颗粒的应用，可进一步放大这类信号。

邱震介绍：“将这种先进探测器与扫频拉曼架构相结合，不仅取代了体积庞大的相机，还能更高效地收集光线，最终打造出的系统，其检测极限远超同类商用设备。此外，光纤耦合的结构设计与紧凑的整机体积，也为系统的小型化及未来的临床转化奠定了基础。”

为测试系统性能，研究团队采用了包覆透明质酸的表面增强拉曼散射纳米颗粒，这种纳米颗粒可与多种肿瘤细胞表面的 CD44 蛋白相结合。在针对纳米颗粒溶液的初步实验中，该系统的检测灵敏度达到了飞摩尔级别。随后，研究人员将该成像平台应用于体外培养的乳腺癌细胞、小鼠肿瘤组织及健康组织样本。

邱震表示：“表面增强拉曼散射信号在肿瘤样本中高度富集，而在健康组织中仅检测到极低的背景信号。这既证明了系统卓越的灵敏度，也体现了其区分肿瘤与健康组织的可靠能力。此外，通过调整或替换靶向分子，该方法有望适配其他类型癌症的检测。”

研究人员指出，该系统投入临床使用前仍需开展更多工作。未来的优化方向将聚焦于提高信号读取速度，以及扩大验证研究的规模。目前团队正在探索更快速的激光光源（包括垂直腔面发射激光器），并测试缩小扫频范围能否进一步提升系统性能。同时，他们还计划开展多路复用实验，利用不同纳米颗粒同时靶向多种生物标志物。