拉曼光譜技術(shù)在癌癥診斷中的研究探討

鄢曉小

（復(fù)旦大學(xué) 上海 200433）

拉曼光譜技術(shù)在癌癥診斷中的研究探討

鄢曉小

（復(fù)旦大學(xué) 上海 200433）

拉曼光譜是一種散射光譜，是分析分子結(jié)構(gòu)的常用工具，其在癌癥診斷中具有重要的臨床意義。本文主要針對拉曼光譜技術(shù)在癌癥診斷中的應(yīng)用進(jìn)行研究和探討。

拉曼光譜技術(shù) 癌癥 診斷

1 拉曼光譜技術(shù)原理

我們可以將拉曼位移看做是一個表征物質(zhì)分子振動能級和轉(zhuǎn)動能級特性的物理量，利用拉曼光譜可以對分子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。世界上所有物質(zhì)都具有確定的分子結(jié)構(gòu)，這就證明所有物質(zhì)也都具有確定的分子振動光譜，而拉曼光譜技術(shù)正可以提供各種成分的分子振動光譜。將拉曼光譜技術(shù)應(yīng)用在醫(yī)學(xué)上，可以對疾病所引起的細(xì)胞、組織及體液等的組成變化進(jìn)行分析，從而實現(xiàn)診斷疾病的目的。

2 常見的拉曼光譜儀

2.1 近紅外拉曼光譜儀

近紅外拉曼光譜儀是利用近紅外光源進(jìn)行激發(fā)的一種拉曼光譜儀，復(fù)雜的人體組織在整個紫外至可見光的范圍內(nèi)產(chǎn)生吸收會發(fā)生較強的熒光發(fā)射，從而對較弱的拉曼信號產(chǎn)生強烈干擾，而如果是利用近紅外光源進(jìn)行激發(fā)，那么大部分人體組織都不會發(fā)生熒光發(fā)射或熒光發(fā)射較弱，所以不會對拉曼信號產(chǎn)生過大干擾，同時近紅外光的滲透深度也較大，表面以下的組分也能夠探測得到。

2.2 近紅外傅立葉變換拉曼光譜儀

近紅外傅立葉變換拉曼光譜儀是基于傅立葉變換技術(shù)的一種拉曼光譜儀，其抑制熒光背景的能力比普通近紅外拉曼光譜儀更強，所以探測的靈敏度也更高，目前已被普遍應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷。

2.3 共振拉曼光譜儀

共振拉曼光譜儀是基于共振拉曼散射技術(shù)的一種拉曼光譜儀，其能夠?qū)⒗盘栐鰪妿讉€量級，非常適合于一些表面病變的診斷。

2.4 單細(xì)胞光鑷?yán)庾V儀

單細(xì)胞光鑷?yán)庾V儀同時利用了光鑷和激光拉曼技術(shù)，其原理是先利用光鑷對活細(xì)胞進(jìn)行固定，然后應(yīng)用激光拉曼技術(shù)對活細(xì)胞進(jìn)行拉曼光譜測定，以此來研究細(xì)胞及細(xì)胞器中的核酸、蛋白質(zhì)、多糖類等的變化。

3 拉曼光譜技術(shù)在癌癥診斷中的應(yīng)用

3.1 皮膚癌

Gniadecka M等人曾在1997年做過一個實驗：同時對16塊健康皮膚和16塊患有基底細(xì)胞癌的皮膚進(jìn)行活體檢查，并分別在800-1000cm-1、1200-1400cm-1及1400-1700cm-1范圍內(nèi)測定其拉曼光譜。癌變皮膚的拉曼光譜顯示：1640-1680cm-1的酞胺I的總強度與1220-1300cm-1的酞胺II的總強度均呈減小趨勢，這點尤其在酞胺I的低能側(cè)圍繞1650cm-1的周圍表現(xiàn)明顯，證明α-螺旋結(jié)構(gòu)可能遭到破壞；同時，1220-1300cm-1的酞胺III區(qū)域的光譜強度變化也能夠用于區(qū)分正常皮膚和癌變皮膚；在800-1000cm-1范圍內(nèi)的健康皮膚圍繞950cm-1有一強寬峰，而癌變皮膚則在該地帶明顯減弱。進(jìn)一步將健康皮膚、色素痣、脂溢性角化病皮膚及惡性黑色素瘤等與癌變皮膚進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)惡性腫瘤皮膚的拉曼光譜與其他皮膚均明顯不同，而最凸出的變化就是在1200-1750cm-1范圍內(nèi)。

3.2 乳腺癌

早在二十世紀(jì)90年代Alfa-no等就利用拉曼光譜技術(shù)分別測量了離體的正常胸部組織、良性腫瘤胸部組織及惡性腫瘤胸部組織的拉曼光譜。研究發(fā)現(xiàn)：正常胸部組織的振動光譜分別在1078cm-1、1300cm-1、1445cm-1及1651cm-1出現(xiàn)四個特征峰，良性腫瘤胸部組織分別在1240cm-1、1445cm-1及1659cm-1出現(xiàn)三個特征峰，而惡性腫瘤胸部組織則分別在l445cm-1和1651cm-1出現(xiàn)兩個特征峰。其后Feld M等又利用拉曼光譜技術(shù)分別測量了正常乳房組織和乳房腫瘤，發(fā)現(xiàn)正常乳房組織是由脂類引起的帶組成的拉曼光譜，而乳房腫瘤組織則是由蛋白質(zhì)引起的帶組成的拉曼光譜；在1660cm-1的帶是蛋白質(zhì)中的酞胺I、1451cm-1的帶是CH2彎曲、1262cm-1的帶是酞胺III振動帶、1004cm-1的帶是苯丙氨酸模、951cm-1的帶是脯氨酸、870cm-1的帶是羥脯氨酸模。正常乳房組織與乳房腫瘤組織的拉曼光譜的區(qū)別主要是正常乳房組織在1657cm-1的脂類的C=C帶的拉伸振動更加尖銳、強度更小。根據(jù)這些區(qū)別能夠有效診斷乳腺癌。

3.3 宮頸癌

Liu等人于1992年首次報道了利用拉曼光譜技術(shù)探測宮頸及子宮等組織的研究。AmideI伸展振動的1657cm-1比1445cm-1處C-H彎曲振動的峰強度要低，且AmideIII的1262cm-1峰很寬。利用該規(guī)律可以進(jìn)行宮頸癌的早期診斷。2001年Utzinger等人利用拉曼光譜技術(shù)探測了宮頸癌病變，結(jié)果顯示體內(nèi)與體外的拉曼光譜相似，而同一患者宮頸鱗狀上皮非典型增生組織的拉曼光譜與正常宮頸上皮組織的拉曼光譜區(qū)別明顯，其主要變化在于1330cm-1處、1454cm-1處及1656cm-1處的強度明顯增強。利用該峰強度比值可以區(qū)分正常組織與癌變組織。

3.4 胃癌

凌曉鋒等人測定了胃正常組織與胃癌組織的拉曼光譜，結(jié)果顯示癌變組織中蛋白質(zhì)和核酸含量明顯增加，而脂類含量則增加較少。張京偉等人通過研究發(fā)現(xiàn)，胃癌組織的拉曼光譜與胃正常赫膜組織的拉曼光譜存在較大差異，癌變組織的1525cm-1-1585cm-1處的特征振動峰強度明顯減弱，此峰乃是脂類物質(zhì)中非飽和脂肪酸的C=C伸縮振動，由此可見脂類物質(zhì)不易在組織和細(xì)胞內(nèi)聚集，所以其含量較低。其后唐偉躍等人又測定了胃竇部正常組織的拉曼光譜與癌變組織的拉曼光譜，結(jié)果顯示癌變組織1059 cm-1處線明顯比正常組織增強，1459 cm-1處則發(fā)生分裂。

4 結(jié)語

拉曼光譜技術(shù)是一種非破壞性、非侵入性、分辨能力高的檢測方法，在癌癥診斷中已經(jīng)初顯其優(yōu)勢。但其信號弱、易受背景熒光干擾等缺點限制了拉曼光譜技術(shù)的應(yīng)用。但各種拉曼光譜技術(shù)例如時間分辨拉曼光譜技術(shù)、傅里葉變換紅外拉曼光譜技術(shù)等的應(yīng)用以及研究的不斷深入，可有效地克服存在的局限，使其能夠在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到更廣泛的推廣和應(yīng)用。

［1］潘建基，陳奇松，黃偉，林少俊，蘇穎，力超，馮尚源，陳榮.血清拉曼光譜檢測在鼻咽癌早期診斷中的應(yīng)用價值研究［J］.中國癌癥雜志，2011.

［2］劉文艷，潘清，王珂，謝艷，沙飛.拉曼光譜技術(shù)在癌癥診斷中的研究進(jìn)展［J］.中國醫(yī)學(xué)裝備，2015.

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1674-2060（2016）01-0086-01