人乳腺癌组织阵列拉曼谱的模型成像研究

测量了人体乳腺管正常上皮组织及浸润性导管癌组织的阵列(Mapping)拉曼谱;利用作者前期建立的人体乳腺组织拉曼光谱模型,拟合了这些阵列谱,并将得到的归一化的拟合系数映射为灰度值,构建了乳腺组织的阵列拉曼谱模型成像。结果表明,这种模型成像具有较为明确的意义,尤其是细胞质、DNA、细胞间质基谱的拟合系数成像,较为清晰地呈现肌动蛋白、DNA及胶原的空间分布特征以及组织形态结构。与相关系数成像比较,模型成像给出了相似的结果。但模型成像对生化物质含量更敏感,成像分辨率更高。模型成像还显示癌变组织中细胞核明显增大、与细胞质相对比例明显增高,并为发展乳腺肿瘤拉曼诊断方法提供实验依据。     

乳腺组织的拉曼光谱线性模型研究

本研究甄选10个代表乳腺组织拉曼活性成分的基谱,在国内首次构建一种乳腺组织拉曼谱的线性回归模型。用2 000多个正常和非正常乳腺组织拉曼谱对该模型进行统计检验,模型显著性F检验的置信度全部为1,多元决定系数的平均值为0.95,表明线性模型假设成立、拟合效果良好。10个基谱代表脂肪、细胞质、细胞间质、DNA、血液、β-胡萝卜素、胆固醇等的拉曼谱,基谱的归一化拟合系数间接反映出这些成分的相对含量。用该模型拟合正常和肿瘤乳腺组织的拉曼宏观谱,病变前后细胞质和DNA的拟合系数增大、脂肪拟合系数减小,这反映出它们相对含量的增减,与已知的病理学结果一致。该研究有助于理解乳腺肿瘤组织的生化变化,并可能为分析该变化提供了有效手段。     

基于拉曼光谱技术的甲状腺疾病检测的研究

基于光学成像与光谱技术的无损检测是生物医学光学交叉领域研究的重要发展方向。其中拉曼光谱技术可获得检测对象的生化成分的“指纹信息”,被广泛应用于面向生物分子,细胞以及生物组织的检测诊断研究。甲状腺疾病尤其肿瘤的临床检测往往涉及多方法和技术手段的结合,且存在一定的诊断难度,因此发展新的检测技术方法具有重要的意义。首先综述了拉曼光谱技术在甲状腺细胞系的单细胞拉曼光谱检测与分析,然后介绍甲状腺病理组织和甲状腺正常组织的拉曼光谱鉴别诊断(特别介绍了本研究小组开展以银纳米粒子为增强基底的甲状腺离体组织SERS光谱研究情况),以及拉曼光谱技术在甲状腺激素等方面的研究概况。最后简要探讨了拉曼光谱技术在该领域的研究应用前景和发展方向。     

光敏剂CPD4对肿瘤组织DNA损伤的拉曼光谱研究

观测了小牛胸腺DNA、腹水型S_(180)肿瘤组织DNA以及光敏剂CPD_4对肿瘤组织DNA损伤的拉曼光谱。肿瘤组织DNA是分别从注射了光敏剂和生理盐水的荷瘤小鼠的肿瘤中提取的。实验结果表明,肿瘤组织DNA的拉曼光谱与正常组织DNA的有所差异,最明显的是脱氧核糖的特征谱线在正常组织DNA拉曼光谱中出现而在肿瘤组织DNA中却几乎消失或变为很弱的小峰。这些差异可作为肿瘤早期诊断的参考。实验结果还表明,光敏剂对肿瘤组织DNA各碱基产生不同程度的破坏,在DNA修复酶的作用下,可使脱氧核糖和鸟嘌呤得到修复。     

乳腺组织形态基元共焦显微拉曼光谱的研究

利用共焦显微拉曼方法,测定了乳腺组织切片的Mapping拉曼谱,光谱采样体积达到μm尺度.通过对这些共焦拉曼谱与商业提纯肌动蛋白、胶原等生化物质做出的谱的分析比较,分离出了来自细胞质、细胞间质、脂肪以及乳腺沉积物这些组织形态基元的拉曼谱;用K阶簇分析方法,还获得了细胞核基元谱;基元谱与提纯化学物质谱的相关分析印证了组织形态基元谱的来源.还分析总结了这些组织形态基元谱的特征.这些工作为深入理解组织形态与其拉曼谱的关系以及乳腺组织形态拉曼模型的建立奠定了基础.     

共聚焦显微拉曼光谱研究碱处理对稻秸发酵制沼气的影响

碱水解法以其方便高效成为稻秸发酵制沼气中广泛采用的化学预处理方法,但是碱水解对于稻秸细胞壁中高聚物成分及其空间致密交联结构的作用机理有待深入研究。采用共聚焦显微拉曼光谱和透射电镜研究了NaOH碱处理对稻秸厌氧发酵产沼气的影响。首先对未处理稻秸和碱处理稻秸进行微米级空间分辨率的拉曼光谱面扫描,然后对这两类样本进行主成分分析,发现累计贡献率达99%的前两个主成分空间中两类样本分别呈射线状分布,两类样本分界线清楚表明碱处理导致稻叶组织的拉曼光谱响应特性发生了明显变化;进一步分析前两个主成分的载荷图,发现拉曼峰1 739,1 508和1 094 cm-1是影响主成分的重要谱带,而这三个拉曼峰分别归属于半纤维素、木质素和纤维素的拉曼散射效应;结合半纤维素、木质素和纤维素的拉曼特征峰和显微图像信息实现了组织细胞中三种成分的化学成像分析,发现碱处理破坏了稻叶组织中上述三种成分的致密空间结构,并使它们的含量明显减少,尤其是木质素。由此得出结论：共聚焦显微拉曼光谱可实现稻叶组织细胞中半纤维素、木质素和纤维素的无损检测,结合显微空间信息可实现稻秸中三种成分的化学成像分析,该研究有助揭示碱处理促进秸秆厌氧发酵产沼气的作用机理。     

乳腺肿瘤周边组织的拉曼光谱研究

使用REMSHAW显微共焦拉曼光谱仪测量了40例手术切除乳腺肿瘤周边(肿块边约5 mm)组织的拉曼光谱.通过对浸润性导管癌、乳腺增生、纤维腺瘤等乳腺肿瘤周边组织的拉曼光谱分析,发现不同乳腺肿瘤周边组织的拉曼光谱有显著差异.这些差异在肿瘤诊断中,可作为乳腺癌和其他乳腺肿瘤拉曼光谱的特征,为乳腺疾病诊断提供依据.乳腺肿瘤周边组织的拉曼光谱对乳腺肿瘤诊断具有重要的价值.     

两种相似塑料材料的显微近、中红外成像方法研究

显微近、中红外成像不仅可以获得样品的光谱信息,而且可以获得样品的空间分布信息,这是传统的近、中红外光谱分析所无法比拟的。该文以外观非常相似的聚乙烯膜(材料Ⅰ)和封口膜(材料Ⅱ)为研究对象,分别采集了样品的显微近、中红外图像。针对两种材料进行化学成像和相关光谱成像,比较并讨论了每种材料的两种成像方法。结果表明,材料Ⅱ的显微近、中红外化学成像中,两种材料化学成像值相差分别为0.004 8和0.254 8;材料Ⅰ的显微近、中红外化学成像中,两种材料化学成像值相差分别为0.002 6和0.326 5;近、中红外谱区的显微成像皆可得到两种材料清晰的成像,从而可区分两种材料。对两种材料相关光谱成像的研究表明,分别以两种材料的近、中红外光谱作为参比光谱的相关光谱成像可以明显地区分两种材料,成像结果较清晰;显微中红外相关光谱成像中,两种材料的光谱和参比光谱的相关系数差异大于0.12,成像结果更清晰;而显微近红外相关光谱成像图可利用图像中两种材料光谱和参比光谱相关系数的细微差异区分两种材料。该研究为农产品包装材料安全性的快速判别提供一定的参考,并为显微近、中红外成像分辨不同材料提供一定的成像方法参考。     

自建光声超声双模态成像系统的肿瘤成像分析

现有B超成像可以提供基于声阻抗差异的组织解剖结构信息,而近年来研究发现,光声成像可以提供标记组织成分的分布和功能信息。本文基于商用B超仪和脉冲激光系统建立了光声超声双模态成像系统,实现了超声组织结构成像和光声生物功能的同时成像。首先基于血红蛋白在某些波段的较强吸光性,实现了肿瘤内部组织血管灌注图像;其次用链接有靶向抗体的纳米颗粒作为靶向光声造影剂,对恶性肿瘤边缘和内部的血管以及血管附近的肿瘤组织进行了成像。最终,通过超声和光声的融合图像提供的肿瘤结构信息与光声图像提供的肿瘤功能信息,可以准确识别肿瘤组织。     

菲涅尔区域的乳腺三维超声成像技术*

本文提出了一种基于菲涅尔区域的乳腺三维超声成像技术,可实现病变组织早期的定性诊断与定量监测。主要研究内容包括：采用透射方式,以慢度作为反演参量,将正演与反演的透射时间差作为迭代判据,基于菲涅尔区域法实现乳腺组织的二维反演成像;根据柱面传感阵列的分布特点,将乳腺三维超声成像问题转为二维成像问题,进而实现乳腺三维超声成像;计算三维病变成像声速及尺寸误差,并分析了菲涅尔区域法的成像分辨率以及入射频率对成像分辨率的影响。本文研究结果证明基于柱面传感阵列的菲涅尔区域法可实现乳腺三维超声成像并有效实现病变早期监测与诊断。     

Comparison of connective tissue invaded by Lewis lung carcinoma to healthy connective tissue by means of micro‐Raman spectroscopy

We have measured the micro‐Raman spectra of mouse tissues invaded by Lewis lung carcinoma (LLC). We have also carried out categorical principal component analysis (CATPCA) on the acquired spectra. The results indicate that the tumor tissues can be well discriminated from normal tissues by the first two principal components extracted from the spectra. Furthermore, we have found that the concentrations of nucleic acids and lipids/fatty acids in the tumor are considerably higher than those in the normal tissue, whereas the collagen concentration is lower. These differences can be detected and characterized by Raman images using the 788 cm⁻¹ DNA/RNA band and the 1301 cm⁻¹ lipid/fatty acid band. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

内吞金纳米粒子的鼻咽癌细胞SERS光谱

采用内吞方法将金纳米粒子引入细胞内,测试分析单个活性CNE-1鼻咽癌细胞的常规拉曼光谱和SERS光谱,并对其进行初步谱峰归属。CNE-1细胞的常规拉曼光谱有6个主要的拉曼峰:718,1001,1123,1336,1446和1660cm-1;沉积于细胞内的金纳米粒子强烈地增强了细胞内生化物质拉曼信号,在内吞金纳米粒子的CNE-1细胞的拉曼光谱中出现了20多个SERS拉曼信号,主要拉曼峰的强度明显高于常规拉曼信号。DNA骨架振动(1026,1097,1336和1585cm-1)证明金纳米粒子通过内吞作用而进入细胞核内。结果表明,基于胶体金SERS技术可能为活性鼻咽癌细胞内生化物质的探测提供一种高灵敏的方法。     

低温冰箱冷冻对人体组织拉曼光谱的影响

研究了低温冰箱冷冻保存时间对人体甲状腺组织、子宫肌瘤组织的拉曼光谱的影响。组织用磷酸缓冲生理液浸泡 ,于 - 4℃保存 (未冻 ) 1 0 h,测试拉曼光谱 ;测后将组织样品浸入磷酸缓冲生理液 ,置于低温冰箱 - 30℃保存。分别于冷冻几天、十几天和六十天后 ,取出解冻测试拉曼光谱。结果表明 ,冷冻保存 1 0天内对组织的拉曼光谱没有明显的影响。该结果对拉曼光谱研究人体组织具有指导意义     

Discrimination of carotenoid and flavonoid content in petals of pansy cultivars (Viola x wittrockiana) by FT‐Raman spectroscopy

Fourier Transform Raman spectroscopy (FT‐Raman) has been applied for the non‐destructive in‐situ analysis of pigments on differently colored flower petals of pansy cultivars (Viola x wittrockiana). The main target of the present study was to investigate how far the Raman mapping technique through FT‐Raman spectroscopy and cluster analysis of the Raman spectra is a potential method for the direct, in‐situ discrimination of flavonoids (flavonols against anthocyanins) and of carotenoids occurring in flowers, using intact and differently colored flower petal of Viola x wittrockiana for this case study. In order to get more information about the reliability of the direct in‐situ flavonoid detection by the Raman method, pigments extracts of the petals were separated by thin‐layer chromatography (TLC) and investigated by Raman spectroscopy. Hierarchical cluster analysis (HCA) of the Raman spectra from reference pigments (carotenoids, anthocyanins and flavonols), from areas of the flower petals, and from the TLC extracts allowed discriminating the various pigments, in particular flavonoids (flavonols against anthocyanins) and carotenoids. With a two‐dimensional Raman mapping technique, which provides a chemical image of the sample under investigation, we determined by cluster analysis the distribution of carotenoids, anthocyanins and flavonols from the outer layer of the petals, and by integrating through suitable spectral regions selected as characteristic markers for particular pigments their relative concentration could approximately be determined. We found a satisfactory correlation between the patterns seen on the visible images and the patterns on the chemical images obtained by Raman mapping. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

人乳腺癌组织的显微拉曼光谱研究

研究了人类正常与癌变乳腺组织的显微拉曼光谱特性。与正常乳腺组织相比,癌变组织的核酸骨架磷酸离子vs(PO^-2)特征谱线由1082移到1097cm^-1、强度加强,位于817cm^-1的RNA主链vs(O-P-O)的谱线强度增加;蛋白质酰胺Ⅰ和酰胺Ⅲ两个特征谱带从1657,1273cm^-1分别位移到1662和1264cm^-1,其中1264cm^-1谱线的宽度和强度均增加,某些氨基酸残基的C—O谱线向高波数位移,色氨酸特征峰1368cm^-1在癌变组织中几乎观察不到;脂类特征谱线减少。上述谱线变化表明,癌变组织中核酸的相对含量增加、主链结构发生变化;蛋白质结构同时呈现α-螺旋、无规卷曲、卢．折叠以及β-回折4种构象特征,其分子间的氢键近乎断裂,蛋白质变得松散和无序,色氨酸残基的吲哚环呈现“暴露式”;脂类含量减少。研究表明,显微拉曼光谱可以为乳腺癌变的生化机理研究以及活体诊断提供有力的实验依据。     

Bridging biomolecules with nanoparticles: surface‐enhanced Raman scattering from colon carcinoma and normal tissue

In order to get insight into the chemical heterogeneities of solid tumors, here we report the first surface‐enhanced Raman scattering (SERS) experiment from normal and altered epithelial layer in human colon carcinoma tissues. The Ag colloidal nanoparticles that can be incorporated into the interstitial space in solid tumors or those penetrating into cytoplasm or nucleus of many cells allowed high quality SERS signal. Different tissue structures of tumor and normal colon have characteristic features in SERS spectra. Prominent SERS features of malignant tissue spectra are related to the strong enhancement of the bands preponderantly attributable to DNA or RNA bases. The preliminary studies demonstrate that it is possible to probe Ag colloidal nanoparticles adsorption onto the tissue resulting in a strong molecular signaling with high specificity and rapid acquisition time using visible laser line excitation. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

Raman spectroscopic analysis of breast cancer tissues: identifying differences between normal,invasive ductal carcinoma and ductal carcinoma in situ of the breast tissue

A relatively non‐destructive method employing Raman spectroscopy for the analysis of histopathological specimens is described. Raman spectroscopy has allowed qualitative analysis of the same specimen used for histopathological evaluation. Breast cancer tissues have been analysed to demonstrate the feasibility of the chemical changes taking place in the biological tissue, which can be identified precisely, and the results are reproducible. Raman analysis of tissue sections provides distinct spectra that can be used to distinguish between the nuclear grades of ductal carcinoma in situ (DCIS) and invasive ductal carcinoma (IDC) of the breast. Sixty cases of breast carcinoma including DCIS and IDC and seven cases of normal breast tissues were studied employing the Raman spectroscopic technique. This study reports for the first time spectral differences between DCIS grades. It is concluded that Raman spectroscopy can objectively distinguish between DCIS and IDC grades and is non‐destructive and reproducible. It should become possible in future to use Raman spectroscopy as an informative and quantitative method suitable for classification of grades and diagnosis of breast carcinoma. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.