哈佛大學(xué)謝曉亮(X. Sunney Xie) 教授和密歇根大學(xué)的Daniel Orringer博士是這篇論文的共同通訊作者。謝曉亮教授是單分子生物物理化學(xué)和相干拉曼散射顯微成像的開(kāi)拓者之一，其研究組在離體實(shí)驗(yàn)及活細(xì)胞內(nèi)生物系統(tǒng)在單分子水平的動(dòng)力學(xué)研究方面取得了不少重要的成果，尤其是單分子熒光顯微技術(shù)，比如相干拉曼顯微成像技術(shù)(CARS、SRS)等方面成果斐然。近年來(lái)，他又在單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)上取得突破，發(fā)表了不少重要成果。
腦腫瘤是一類常見(jiàn)的病因不明、來(lái)源廣泛的神經(jīng)系統(tǒng)疾病。男性多于女性，任何年齡都可發(fā)生，最多見(jiàn)于20-40歲之間。由于腦組織結(jié)構(gòu)和生理功能的特異性，顱內(nèi)腫瘤多引起顯著而特異的臨床癥狀和體征，尤其是位于重要功能區(qū)的腦腫瘤常引起病人重要功能的受損或缺失。腦腫瘤的主要根治方法是手術(shù)切除腫瘤灶，其目的在于盡可能保留腦功能皮層的情況下最大限度地切除腫瘤。將腫瘤與正常腦組織區(qū)分開(kāi)來(lái)是腦腫瘤手術(shù)取得最佳結(jié)果的一個(gè)主要障礙。當(dāng)前迫切需要一些能夠在手術(shù)過(guò)程中顯像腫瘤邊緣地帶的新成像技術(shù)來(lái)改善手術(shù)療效。
SRS顯微鏡是一種無(wú)損傷、免標(biāo)記的光學(xué)方法，其能夠檢測(cè)原子間化學(xué)鍵的變化，敏感度高于紅外顯微鏡和拉曼顯微鏡。謝曉亮教授曾表示，SRS顯微鏡是生物醫(yī)學(xué)成像的一個(gè)巨大進(jìn)步，開(kāi)啟了活細(xì)胞新陳代謝的實(shí)時(shí)監(jiān)控研究。近年來(lái)，謝曉亮課題組一直在致力利用SRS顯微鏡來(lái)快速檢測(cè)癌癥組織，實(shí)現(xiàn)外科手術(shù)中的可視化。研究人員曾在動(dòng)物模型中證實(shí)了SRS顯微鏡揭示神經(jīng)膠質(zhì)瘤浸潤(rùn)的能力。
在這篇新文章中，研究人員利用SRS揭示出了22個(gè)神經(jīng)外科患者新鮮、未處理手術(shù)樣本中的腦腫瘤浸潤(rùn)情況。證實(shí)SRS檢測(cè)腫瘤浸潤(rùn)與標(biāo)準(zhǔn)蘇木紅-伊紅染色、光學(xué)顯微鏡檢測(cè)近乎一致。SRS顯微鏡獨(dú)特的化學(xué)對(duì)比可揭示出腫瘤浸潤(rùn)組織的組織細(xì)胞構(gòu)成、軸突密度和蛋白質(zhì)/脂質(zhì)比的量化改變實(shí)現(xiàn)腫瘤檢測(cè)。
他們利用SRS生成了有關(guān)蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的不同信號(hào)，并隨后各自分配給它們一種顏色(藍(lán)色和綠色)，使得作者們能夠?qū)?lái)自腫瘤的腦皮質(zhì)與白質(zhì)區(qū)分開(kāi)來(lái)。采用SRS顯微鏡檢測(cè)來(lái)自成人及兒童膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者的活組織樣本，不僅揭示出了顯著的特征，還在組織中發(fā)現(xiàn)了采用傳統(tǒng)染色看起來(lái)正常的浸潤(rùn)細(xì)胞。早期捕捉這樣的浸潤(rùn)細(xì)胞至關(guān)重要，因?yàn)槭中g(shù)后遺留的浸潤(rùn)細(xì)胞幾乎總是會(huì)導(dǎo)致癌癥復(fù)發(fā)。
為了確保這種SRS顯微鏡方法可日常用于腦腫瘤手術(shù)中，且無(wú)需專家解讀。研究人員還構(gòu)建出了一個(gè)目標(biāo)分類器，其將不同的成像特征，如蛋白/脂質(zhì)比、軸突密度和細(xì)胞構(gòu)成整合為一個(gè)輸出信號(hào)按照從0至1這個(gè)尺度來(lái)衡量，提醒病理學(xué)家注意腫瘤浸潤(rùn)。這一分類器是利用來(lái)自膠質(zhì)母細(xì)胞瘤和癲癇患者的1400多張圖像建立起來(lái)的，能夠以>99%的準(zhǔn)確度區(qū)分腫瘤浸潤(rùn)區(qū)域和非腫瘤區(qū)域。
因此，這一免標(biāo)記的成像技術(shù)可用于補(bǔ)充現(xiàn)有的神經(jīng)手術(shù)工作流程，幫助快速客觀地確定腦組織的特征及制定臨床決策。
