拉曼光譜技術

給細胞拍一張
“化學身份證”

拉曼光譜技術的原理，是通過激光照射組織，檢測細胞分子振動產生的獨特光譜信號—每個細胞的“分子指紋”。無需染色或標記，即可區(qū)分正常神經元與病變細胞，甚至識別FCD的不同亞型。

圖1：對拉曼顯微鏡采集的活檢樣本的示意圖 統(tǒng)計分析和分類模型

Trang Tran團隊通過共聚焦拉曼顯微鏡結合亮場成像與病理切片，精準定位單個異常神經元（如異形神經元、氣球細胞）；基于1420個單細胞光譜數(shù)據(jù)，利用支持向量機（SVM）模型提取13個關鍵分子特征（如蛋白質、核酸峰值差異），成功構建高精度分類系統(tǒng)。該技術以96%的準確率區(qū)分FCD病變與正常腦組織（敏感度100%、特異性95%），并以92%的準確率區(qū)分FCD IIa與IIb亞型，為術中實時識別病灶邊界及個體化治療提供了革命性工具。

圖2：正常大腦的拉曼光譜與發(fā)育不良組織的拉曼光譜比較 sis.(a)正常神經元、(c)畸形神經元，(b)靶點位置 拉曼顯微鏡下的正常神經元，以及(d)畸形神經元。(e)平均光譜 來自FCD II型（紅色）和正常大腦（藍色）。(f)紅色的FCD型IIa的平均光譜 藍色為FCD型IIb型。比例尺-20μm。

圖3：目標選擇包括畸形神經元和網格映射掃描表示通過白色的網格。(a)和(b) Mirror H&E數(shù)字文件。比例尺-20μm。(c)和(d)映射神經通過數(shù)字觀察器用拉曼顯微鏡組成。比例尺-80μm。(e)拉曼規(guī)范tra平均值和FCD與正常值的方差：藍色的光譜是對照組織和FCDII組織為紅色。(f)拉曼光譜平均值和FCDIIa與FCDIIb的方差：藍色光譜為FCDIIa，紅色的光譜為紅色的FCDIIb。綠色的圖標代表了激光器在特定區(qū)域的斑點瞄準，每個區(qū)域瞄準7到10個細胞。

研究團隊成功破解了FCD病變細胞的“分子密碼”。拉曼光譜分析顯示，F(xiàn)CD細胞中苯丙氨酸（1002 cm?1）和膠原蛋白（852 cm?1）的峰值顯著升高，揭示了病變區(qū)域存在異常蛋白聚集（Movasaghi et al., 2007）；

同時，核酸相關峰（758、827 cm?1）的差異提示基因調控異?？赡芘cFCD的mTOR通路突變密切相關（Lim et al., 2015）。

此外，F(xiàn)CD IIb亞型因含有氣球細胞，其脂質相關峰（1124 cm?1）強度更高，為術中實時區(qū)分亞型提供了特異性標志（Anand et al., 2017）。

作者Frédéric Leblond教授表示：“這項技術不僅提升了病灶檢測精度，更首次從分子層面揭示了FCD的病理機制，未來或為開發(fā)靶向藥物開辟新方向?！?/span>

技術創(chuàng)新

1.高靈敏度拉曼光譜成像系統(tǒng)

（1）采用785nm激光共聚焦顯微鏡，以40mW功率檢測300-1800cm^-1光譜范圍，單細胞分辨率達20μm；

（2）創(chuàng)新性使用鋁載玻片基底，降低背景噪聲，結合明場成像與H&E染色實現(xiàn)形態(tài)-分子雙模態(tài)關聯(lián)分析。

2.智能分析算法

(1)首創(chuàng)"高斯峰擬合-特征壓縮"流程：從1024維原始光譜中智能提取24個特征峰，經L1-SVM壓縮至13個關鍵生物標志物；

(2)構建七步預處理鏈：包括暗電流校正、SNV歸一化、滾動球熒光消除等，數(shù)據(jù)可重復性達98%；

(3)開發(fā)雙模型架構：分別用于FCD/正常組織鑒別（模型1）和IIa/IIb亞型分型（模型2）。

 寬場高分辨
顯微共聚焦拉曼光譜儀

由自主研發(fā)設計生產的顯微共聚焦拉曼光譜儀，內置多光譜儀具有可調焦距與高光譜分辨率，滿足各種測量需求采用高靈敏度探測器，確保低光強下的高質量數(shù)據(jù)采集提供高空間分辨率和真正的共焦成像特性，顯著提高圖像清晰度支持多激發(fā)波長的自動切換，方便多樣化樣品分析配備多個探測器，提升數(shù)據(jù)采集速度與精度自動偏振功能，實現(xiàn)精確的偏振測量采用反射光路設計，支持寬光譜范圍的有效測量光譜范圍涵蓋50~5000cm^-1。

參考文獻

[1]來源：Tran, T., Dallaire, F., Sonnen, J., Cayrol, R., Leblond, F., & Dudley, R. W. R. (2025). Single-cell Raman spectroscopy detects pediatric focal cortical dysplasia. Biophotonics Discovery, 2(1), 015002. https://doi.org/10.1117/1.BIOS.2.1.015002