用于肿瘤检测的多色拉曼微球

注：文末有研究团队简介及本文科研思路分析

近日，北京大学的汤新景教授（点击查看介绍）团队开发了一系列新型的拉曼微球，并将其用于肿瘤细胞和组织的成像及小鼠活体肿瘤的光谱检测。

在过去的几十年中，肿瘤一直是人类健康面临的最大威胁之一。光学显微成像技术仍然是诊断和研究肿瘤的重要工具。在光学探针的帮助下，检测肿瘤生物标志物是肿瘤早期诊断的重要策略，荧光显微成像作为最常用的成像手段已经获得了长足的发展。但是，荧光成像需要的荧光基团还存在光漂白、光损伤、组织穿透深度差等问题。拉曼成像是一种强大的非破坏性成像技术，可以有效克服上述不足。但是通常拉曼散射信号较弱，因此需要通过表面增强效应（SERS）来实现拉曼光谱的检测，然而其信号依赖于金属基底（例如Au或Ag）的增敏效应。因此，摆脱金属纳米材料的限制，开发自身具有强拉曼信号的纳米材料具有重要的研究价值。

北京大学的汤新景团队以含炔基、氰基、叠氮、碳氘的单体为原料，通过聚合的方法，得到在生物体内拉曼沉默区（1800-2800 cm^-1）具有特征峰的新型纳米材料——拉曼微球。拉曼微球的信号来源于高密度化学键，在没有金属增敏的情况下，仍能获得较强的拉曼信号。简单地改变单体结构和反应条件可以调节拉曼微球的拉曼位移及信号强度，将不同拉曼微球混合后，他们可以通过多色SRS成像进行有效区分。经过表面修饰不同的靶向基团（AS1411、MUC1和cRGD等）后，他们开发了一种靶向肿瘤的新型拉曼探针，实现了对肿瘤细胞的检测和多色拉曼图像以及对小鼠活体肿瘤的靶向识别，进一步提高肿瘤检测的准确性。

这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上，文章的第一作者是北京大学的博士研究生金庆庆。

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Multicolor Raman Beads for Multiplexed Tumor Cell and Tissue Imaging and in Vivo Tumor Spectral Detection

QingQing Jin, Xinli Fan, Changmai Chen, Lei Huang, Jing Wang, Xinjing Tang

Anal. Chem., 2019, 91, 3784, DOI: 10.1021/acs.analchem.9b00028

汤新景教授简介

汤新景，博士，基金委优秀青年基金获得者，教育部青年长江学者，北京大学药学院天然药物及仿生药物国家重点实验室。

汤新景的主要研究领域：核酸光化学生物学/核酸药物/小分子探针和纳米材料的合成及在生物成像和肿瘤检测中的应用，在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Nucleic Acids Res.、Anal. Chem.等国际学术刊物上发表论文70多篇，申请专利6项，其中获批专利4件；2010年入选教育部新世纪人才支持计划，2013年获中国药学会施维雅青年药物化学奖，2014年获得国家自然科学基金委“优秀青年科学基金”，2015年入选教育部“长江学者奖励计划”项目，2017年获得中国药学会以岭生物医药青年奖等。

https://www.x-mol.com/university/faculty/59465

科研思路分析

Q：这项研究的想法是怎么产生的？

A：拉曼信号的强度与待测物的浓度遵守比尔定律。信号基团的浓度越大，拉曼散射的强度也越大。同时，随着样品分子量的增加，拉曼散射的强度一般也会增加。因此，采用聚合的方法可以增加信号基团的局部浓度，同时聚合物分子量增加，拉曼散射的信号强度会大大增强。聚合物纳米材料具有纳米材料的一些特性，合成技术成熟、具有低毒性和良好的生物相容性等优势，为拉曼探针的设计提供了另一种新的思路。

Q：该研究成果可能有哪些重要的应用？

A：拉曼微球具有很好的拉曼活性，可以作为成像的造影剂进行多色拉曼成像，经表面修饰后，可以在拉曼微球的表面偶联肿瘤靶向配体，实现对肿瘤细胞、肿瘤组织的生物正交拉曼成像及小鼠活体肿瘤的拉曼光谱检测。通过多种单体进行共聚，我们可以很容易地实现具有超多重条形码的拉曼微球。如果在拉曼微球表面修饰其他活性官能团，或者偶联其他生物功能配体，拉曼微球具有许多其它方面的潜在应用价值。