拉曼光谱在临床上可以做什么？
分析测试百科网讯 拉曼光谱可以用来做什么？看到这个问题，很多人会回答：拉曼光谱可以用来检测毒品、农残、珠宝、文物、医药……其实，拉曼光谱在临床诊断中也是一项很好的技术。那么，拉曼光谱在临床上可以做什么？
振动光谱能看见我们错过的东西
拉曼光谱为很多医疗情况下的临床诊断开辟了新方法。“这是一种对人体生物化学、生理和病理微妙变化十分敏感的生物化学专业技术，” Vanderbilt大学生物医学工程教授、Vanderbilt生物光子学中心主任Anita Mahadevan Jansen说。“拉曼光谱可以区分微妙的东西，如荷尔蒙的变化等许多其他技术无法区分的东西。”因此，临床医生可以使用拉曼光谱进行更准确的差别诊断。但是拉曼所有的优势都伴随着挑战，其中最大的挑战就是信号弱。因此，用拉曼光谱捕获分子信息，需要非常灵敏的仪器。这项技术目前才真正开始揭示它到底能多大程度地改变诊断科学。
British Columbia 的BC癌症研究中心综合肿瘤部门成像单元杰出的科学家Haishan Zeng解释，“拉曼光谱是一种强大的分析测量手段，在化学实验室已经使用多年。尽管如此，医疗应用所需的数据采集时间太长。在过去的十年中，激光技术、CCD相机和光学的发展缩短了采集拉曼光谱的时间。这使得它有足够快的速度可以用于医学。推动拉曼临床应用的时候到了。”
有些行动正在进行中。英国诺丁汉大学物理学教授Ioan Notingher和他的同事在2015年的先进药物输送评论中写道，“支撑这一领域的关键假设是细胞、组织、体液中引起或影响疾病的分子变化能够用拉曼光谱检测或定量。”
此外，这组科学家指出来自于健康人和患者的数据集可以用来锻炼拉曼系统。
到目前为止，仅有几家公司在临床应用市场上有拉曼设备。如，Richmond，Verisante Technology为癌症检测提供拉曼设备。在日本东京，嘉丽宝化妆品公司用拉曼光谱来研究人体皮肤的变化。
谈到这一技术在医疗诊断中的地位，Mahadevan Jansen说，“大多数是一些小型初创公司在尝试渗透市场。只有少数人在做临床拉曼光谱，因为挑战性太大。”尽管如此，她指出，现有的技术和计算能力使这种技术成为一种有价值的新诊断工具。“因此，我们只需建一个数据库来表明它工作的很好。”
皮肤癌检测
十多年前，Zeng开始了拉曼技术作为潜在诊断工具的研究。那时，一次扫描所花费的时间是20秒，Zeng说这对于临床应用来说太慢了。2012年，他和同事在癌症研究中报道，拉曼光谱可以区分癌变和良性的皮肤病变。“第一个被研究的器官就是皮肤，因为它很容易被接触到。” Zeng说。
有了先进的光学、激光、CCD技术和专有的拉曼探针设计，Zeng和他的团队将信噪比提高了16倍，并加快了分析过程，1.5s就可以采集并分析一个拉曼光谱图。“这打开了临床应用的大门。”Zeng说。
Zeng正与Verisante合作来进行商业化。“它帮助医生决定什么样的损伤需要活检，以及病变是癌变或良性的可能。”他说。
Verisante Aura在该研究中负责检测皮肤癌。研究结果显示，该设备可以检测95%的皮肤癌，还减少了一到两倍不必要的活体组织检查。
“目前，唯一的商业应用就是检测皮肤癌，” Verisante资深科学家Michael A. Short说。“不同发展阶段的实验装置与来自不同组织的临床医生也在进行合作测试。”例如，该公司正在与BC癌症机构的同事就肺癌和结肠癌进行合作，与帝国理工学院的同事就脑癌进行合作。与哈佛学派口腔医学以及Dana-Farber哈佛癌症中心的初步合作同样表明拉曼在检测口腔癌方面有巨大潜力。Verisante的技术在加拿大、澳大利亚、欧洲已经被批准用于皮肤癌临床应用，该公司目前正在申请美国食品和药物管理局的批准。
乳腺癌手术
据世界卫生组织（WHO），“无论是在发达国家还是发展中国家，乳腺癌都是女性的头号癌症。”WHO还指出，更长的寿命、城市化加剧以及生活方式变化结合起来增加了发展中国家癌症的发病率。尽管发病率越来越高，一些对抗这种疾病的工具仍然有点过时。在手术过程中，例如，乳腺肿瘤被切除，同时为了保证全部癌组织被切除，会有大概的安全边际样品被切除去进行组织检查，然后病人被缝合起来并回家等待结果。如果边缘样本显示癌症，病人会回去进行更多的手术。除了等待的压力和第二次手术的不便，这也带来了第二次感染的机会。
有了拉曼光谱，乳腺癌手术的结果可能会改善。Mahadevan-Jansen正在开发一个可以用来在手术室中扫描肿瘤并实时告诉医生是否所有肿瘤均被移除的工具。使用逐点扫描技术，Mahadevan Jansen和他的团队在8min内就已经扫描了整个肿瘤，而通常这些肿瘤的直径有几厘米。“当医生在做其他事情比如凝固血液时，我们就可以扫描肿瘤，这是同步进行的。”他说。他的团队还开发了一个3D扫描仪。
虽然Mahadevan Jansen的技术目前只被用来检查从病人身上移除的组织，他正在致力于能够从手术腔中采集数据的技术研究。他们还用它来观察腔中的淋巴结，以确定乳腺癌是否扩散。
除了技术上的挑战，这一领域也面临着金融危机。就像所有的诊断医疗设备一样，基于拉曼技术的方法需要开发，然后通过临床试验批准，这通常需要一家公司许可的技术。虽然Mahadevan Jansen已经把一些技术申请了ZL，但是并没有公司进一步开发它的商业用途。但是，他仍然保持乐观，尽管其他公司将其他技术用于同样的应用。“我们比别人拥有更好的精确度和可靠性，但是仍需要研究和开发的市场转化。” Mahadevan-Jansen说。
拉曼光谱在癌症中的应用会继续扩大，因为Mahadevan Jansen说它可用于其他实体肿瘤。正如她指出的那样，“它只需要研究和开发一个数据库和算法。”
在某一点上，这种方法可以超越癌症临床诊断来为手术做指导。也就是说，医生可以使用实时拉曼信号给出的信息，在手术过程中从本质上看到哪些是癌组织，哪些不是。
开发化妆品
除了医疗诊断，拉曼光谱可以用来探索身体以及意想不到的用途。嘉丽宝化妆品之父花王公司的科学家，用拉曼技术来研究皮肤。嘉丽宝公司公共关系经理 Shinji Yamada指出，“我们从不使用该设备来诊断病情，我们用它来确定真皮的水分含量随年龄发生的变化。”
事实上，嘉丽宝的科学家们利用拉曼光谱研究了皮肤的许多特征。例如，拉曼可以测量皮肤的粗糙度——随着年龄的增加，角质层变厚，从而使皮肤粗糙度增加。但是这项技术不仅仅停留于表面。Yamada说：“我们可以用拉曼光谱测量从表面到内层的皮肤，比如，我们可以测量角质层的厚度以及从角质层到表皮到真皮上层的皮肤水分含量水平。”
为了做出最好的化妆品，科学家需要对组织层以及它们随时间的变化做出最好的分析。
坐等临床转化
“拉曼技术正在坐等临床转化。这项研究只需要有针对性地打破这一障碍，以拉曼作为临床工具向前迈进。” Mahadevan Jansen说。一旦这样，内外科医生将可以更加准确有效地诊断多种疾病。
一项正在进行的研究表明，基于拉曼的设备可以广泛应用在临床诊断中。此外，该技术可以用于工业中用来检查特定组织的状态和健康，如皮肤，然后开发相应的商品。所有这些应用的基础包括使科学家和技术人员从分子振动的微弱拉曼信号中快速采集数据的所有技术进步。十年前这似乎是不可能的，从现在开始的十年之后，拉曼光谱会常用在很多诊断工具中。
