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拉曼光譜在頭頸腫瘤外科中的應(yīng)用

2011-12-09 06:14李龍江
醫(yī)學(xué)研究雜志 2011年8期
關(guān)鍵詞:曼光譜骨組織頭頸部

李龍江 閆 冰 李 一

目前對(duì)絕大多數(shù)腫瘤的臨床診斷而言,組織病理診斷仍是金標(biāo)準(zhǔn)[1]。但是,隨著臨床腫瘤治療和研究的不斷發(fā)展,傳統(tǒng)病理診斷也顯現(xiàn)其一些不足,如無(wú)法實(shí)時(shí)快速診斷,需要對(duì)樣品標(biāo)本進(jìn)行染色處理及僅能對(duì)形態(tài)學(xué)發(fā)生改變的組織進(jìn)行診斷等,這些都影響了臨床對(duì)腫瘤的早期快速的診斷及治療。隨著光譜學(xué)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的不斷深入,其臨床應(yīng)用價(jià)值受到越來(lái)越多的關(guān)注,而拉曼光譜是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)之一。拉曼光譜不僅可以應(yīng)用于臨床疾病的診斷,還可應(yīng)指導(dǎo)臨床的治療以及應(yīng)用于一些疾病預(yù)后的判斷。本文通過(guò)復(fù)習(xí)相關(guān)文獻(xiàn),對(duì)拉曼光譜在頭頸腫瘤外科中的應(yīng)用進(jìn)行綜述。

一、拉曼光譜的原理

當(dāng)一束單色光射向標(biāo)本組織時(shí),一部分被反射,另有一部分在穿越組織時(shí)會(huì)與其相互作用,產(chǎn)生四種情況:①?gòu)椥陨⑸?②吸收;③產(chǎn)生熒光;④非彈性散射[2]。根據(jù)量子力學(xué)理論,在光子進(jìn)入被照射的組織內(nèi),處于基態(tài)的分子吸收一部分光子的能量后躍遷至能量級(jí)更高的虛態(tài),但虛態(tài)是一種不穩(wěn)定狀態(tài),處于虛態(tài)的分子會(huì)立即發(fā)射光子回到較低能量級(jí)或基態(tài),從而導(dǎo)致了這部分光子的能量與入射光子不同,其光線的波長(zhǎng)也相應(yīng)地發(fā)生了改變,即產(chǎn)生了非彈性散射[2]。這一現(xiàn)象最早是由印度科學(xué)家 Raman于1928年發(fā)現(xiàn)的,因此非彈性散射又被稱為拉曼散射,而利用拉曼散射光線得到的光譜稱為拉曼光譜[2]。拉曼散射中非彈性散射后的光線波長(zhǎng)發(fā)生了改變,在拉曼光譜中是以波數(shù)差的形式表現(xiàn),而每條分子鏈在拉曼光譜上都有特征性的波數(shù)差,可以根據(jù)拉曼光譜波數(shù)差來(lái)了解樣本內(nèi)分子的組成、分子的結(jié)構(gòu)及分子之間的相互關(guān)系等豐富的信息,因此拉曼光譜又被稱為“分子指紋”[3]。

二、拉曼光譜在疾病診斷中的優(yōu)勢(shì)

在病變組織中,即使在細(xì)胞尚未發(fā)生鏡下可見(jiàn)的形態(tài)學(xué)改變之前,由于細(xì)胞增殖、分化或惡變以及一些活性因子的分泌等都會(huì)引起組織中 DNA、RNA、蛋白質(zhì)和脂類的結(jié)構(gòu)、成分和含量的改變,而拉曼光譜可以檢測(cè)出樣本中此類物質(zhì)的改變,對(duì)腫瘤等疾病早期診斷具有傳統(tǒng)病理學(xué)診斷所不具備的優(yōu)勢(shì)[4,5]。同時(shí),相對(duì)傳統(tǒng)病理學(xué)對(duì)組織標(biāo)本的繁瑣處理過(guò)程,拉曼光譜可以實(shí)時(shí)、無(wú)創(chuàng)、快速地對(duì)疾病進(jìn)行診斷檢測(cè),其樣本無(wú)需特殊處理,方便快速,可以反復(fù)使用[6,7]。再有,某些疾病位于特殊解剖部位而無(wú)法或不宜活檢,隨著光導(dǎo)纖維在拉曼光譜中的應(yīng)用,拉曼光譜可以對(duì)這些部位的疾病進(jìn)行無(wú)創(chuàng)的活體診斷檢測(cè)[6~8]。此外,拉曼光譜不僅可以對(duì)疾病診斷進(jìn)行定性分析,還可以對(duì)樣本組織中的成分改變進(jìn)行定量分析,這對(duì)判斷預(yù)后及疾病分期具有重要意義。相比熒光光譜和紅外光譜而言,拉曼光譜具有無(wú)需樣本預(yù)處理、對(duì)樣本損傷小、穿透度深、光譜分辨率高等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)其譜帶相對(duì)窄,不易重疊,能夠提供更多的樣本信息,有利于分析[5,7]。

三、拉曼光譜在頭頸部腫瘤診斷中的應(yīng)用

目前,光譜學(xué)由于具有實(shí)時(shí)、無(wú)創(chuàng)和原位鑒別診斷的優(yōu)勢(shì),越來(lái)越多地被應(yīng)用于頭頸腫瘤診斷的研究[1]?;准?xì)胞癌是一種最常見(jiàn)的皮膚惡性腫瘤,多發(fā)生在頭頸部[9]。Nijssen等[9]選用波長(zhǎng)為 850nm的激光,分別對(duì)手術(shù)切除的 15例經(jīng)病理診斷證實(shí)為基底細(xì)胞癌的樣本組織中病變部位和正常皮膚進(jìn)行照射,通過(guò) 10s收集信號(hào)獲得相應(yīng)的拉曼光譜。通過(guò)對(duì)光譜數(shù)據(jù)分析,拉曼光譜對(duì)基底細(xì)胞癌的診斷靈敏度可以達(dá)到 100%而特異性為 93%。David等[8]對(duì)鼻咽部黏膜的癌變組織和正常組織的拉曼光譜分析比較發(fā)現(xiàn),癌變組織與正常組織分別在 1290~1320cm-1,1420~1470cm-1和1530~1580cm-1等3處波數(shù)差存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。Das等[10]利用 830nm激光對(duì) 9例甲狀旁腺腺瘤樣本及 6例增生樣本中的焦點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行照射,共收集 698個(gè)拉曼光譜。通過(guò)比較兩者的平均光譜發(fā)現(xiàn),二者雖然相似,但在酰胺鍵、脂類、DNA和蛋白質(zhì)等某些特定波數(shù)差處存在不同,建立線性差異分析方法的預(yù)測(cè)模型可以很好地將兩者進(jìn)行鑒別,其特異性和靈敏度均達(dá) 90%以上。

口腔癌是頭頸部十大惡性腫瘤之一,其發(fā)病率和病死率在頭頸部惡性腫瘤中較高,5年生存率據(jù)報(bào)道約為 55%,能否早期診斷是其預(yù)后的關(guān)鍵[11]。Oliveira等[11]和 Malini等[12]通過(guò)對(duì)口腔黏膜組織切片的拉曼光譜研究發(fā)現(xiàn)拉曼光譜可以很好地區(qū)分正常組織、炎癥組織、癌前病變組織和癌變組織。Schut等[13]首次利用拉曼光譜對(duì)活體小鼠口腔上腭黏膜進(jìn)行研究,結(jié)果表明拉曼光譜對(duì)上腭黏膜各種程度的非典型增生及原位癌具有良好的鑒別能力,靈敏度和特異性均在 90%以上,特別是對(duì)原位癌和重度非典型增生的鑒別靈敏度和特異性均為 100%。Li等[14]以1064nm波長(zhǎng)激光為激發(fā)光,分別獲取了正常口腔黏膜、口腔白斑及口腔癌的特征拉曼光譜各 60例,通過(guò)對(duì)比研究發(fā)現(xiàn),在口腔癌和白斑組織中的蛋白質(zhì)、DNA及脂質(zhì)的含量均高于正常口腔黏膜。通過(guò)分類模型的分析可以準(zhǔn)確地鑒別不同組織的拉曼光譜,特別是口腔癌與正??谇火つよb別的準(zhǔn)確率、特異性及靈敏度均達(dá)到了 97%以上。

血液是最早應(yīng)用于診斷學(xué)研究的體液,它反應(yīng)人體內(nèi)環(huán)境的代謝水平,可以用于多種疾病的診斷。Andrew等[15]利用拉曼光譜技術(shù)對(duì) 20例頭頸部腫瘤患者(絕大多數(shù)為鱗癌患者)的血清進(jìn)行研究,以 20例呼吸系統(tǒng)疾病患者的血清作為對(duì)照,通過(guò)主成分分析及線性判別函數(shù)(PCA-LDA)相結(jié)合的方法進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)通過(guò)拉曼光譜可以較好地鑒別區(qū)分頭頸部腫瘤患者及對(duì)照組患者的血清,其準(zhǔn)確度為 65.8%,靈敏度為 64.9%,特異性 66.7%。而一項(xiàng)對(duì)鼻咽癌患者血清拉曼光譜的研究發(fā)現(xiàn),表面增強(qiáng)拉曼光譜可以很好地提高血清的拉曼光譜信號(hào)強(qiáng)度,更好地反映出鼻炎癌患者血清與對(duì)照正常血清之間的差異。在鼻咽癌患者血清與正常血清的拉曼光譜比較中,鼻咽癌患者血清的拉曼光譜中 725、1330、1445和1580cm-1對(duì)應(yīng)的譜峰較高,表明其核酸、蛋白質(zhì)及脂質(zhì)的含量較高,而正常血清拉曼光譜中 638、813、886和 1134cm-1對(duì)應(yīng)的譜峰較高,表明正常血清中的酪氨酸、乳糖、絲氨酸、谷胱甘肽及甘露糖的含量較高。通過(guò) PCA-LDA分析,鑒別診斷的準(zhǔn)確率達(dá) 95.4%[16]。

四、拉曼光譜診斷頭頸部腫瘤治療并發(fā)癥的應(yīng)用

放射性骨壞死或骨髓炎是頭頸部惡性腫瘤經(jīng)過(guò)放射治療后最嚴(yán)重的并發(fā)癥之一,組織病理學(xué)表現(xiàn)為骨組織缺氧、血管減少和細(xì)胞壞死。臨床上如果能在早期原位鑒別出壞死和正常骨組織就可以減少骨組織的切除范圍,減少患者痛苦,為后期修復(fù)手術(shù)創(chuàng)造便利。

Barbara等[17]分別對(duì)發(fā)生過(guò)骨折的股骨頭組織標(biāo)本及正常的股骨頭組織標(biāo)本的拉曼光譜研究發(fā)現(xiàn),發(fā)生過(guò)骨折的標(biāo)本其骨組織成分與正常組有明顯差異,表明拉曼光譜可以鑒別骨組織內(nèi)的病理生理改變。Draper等[18]利用時(shí)間分辨技術(shù)穿透皮膚的拉曼光譜對(duì)小鼠活體的骨骼進(jìn)行檢測(cè),發(fā)現(xiàn)所得到的光譜與直接暴露的骨骼光譜相似。該技術(shù)是在普通拉曼光譜儀中加入 4ps間隔的濾波器,將首先由皮膚和肌肉散射回到探頭的拉曼光過(guò)濾掉,而只接收更深部位散射回來(lái)的拉曼光譜[18]。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用,使得拉曼光譜應(yīng)用于臨床檢測(cè)體內(nèi)深部組織或器官如骨骼組織等成為可能。

Lakshmi等[19]在對(duì)下頜骨放射性骨壞死的研究中,發(fā)現(xiàn)拉曼光譜對(duì)骨組織中礦物質(zhì)和有機(jī)物等成分的改變敏感,可以用來(lái)評(píng)價(jià)其有機(jī)和無(wú)機(jī)基質(zhì)的破壞或改變。Lakshmi等將實(shí)驗(yàn)樣本分為正常骨組織、放射治療后正常骨組織和發(fā)生放射性骨壞死的骨組織3組進(jìn)行光譜研究,拉曼光譜顯示發(fā)生放射性骨壞死樣本的無(wú)機(jī)基質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,膠原蛋白變性,成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞減少,將所得的拉曼光譜通過(guò)主成分分析法(PCA)進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果表明 3組之間的拉曼光譜存在明顯差異,即拉曼光譜可以很好地鑒別經(jīng)過(guò)放射治療的骨組織是否發(fā)生放射性骨髓炎或骨壞死。

五、拉曼光譜的應(yīng)用前景

拉曼光譜技術(shù)在頭頸腫瘤外科中的應(yīng)用,不僅包括頭頸部腫瘤的早期診斷和放射性骨壞死的鑒別,還可以輔助確定惡性腫瘤手術(shù)切除的范圍、移植皮瓣術(shù)后血供的監(jiān)測(cè)以及化療藥物病灶內(nèi)濃度的評(píng)估等。但是,目前由于技術(shù)原因所限,實(shí)驗(yàn)室級(jí)拉曼光譜儀尚不能直接用于腫瘤組織活體原位檢測(cè),而配備了光纖探頭的便攜式拉曼光譜儀用于臨床原位檢測(cè)尚不能達(dá)到滿意的信號(hào)強(qiáng)度。相信隨著技術(shù)的不斷改進(jìn),拉曼光譜技術(shù)終將會(huì)在頭頸腫瘤外科領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大潛力,擁有廣泛的應(yīng)用前景。

1 Swinson B,Jerjes W,EI-Maaytah M,etal.Optiacal techniques in diagnosis of head and neckmalignancy.Oral Oncol,2006,42(3):221-228

2 Tunnell JW,Haka AS,McGee SA,etal.Diagnostic tissue spectroscopy and its applications to gastrointestinal endoscopy.Techniques in Gastrointestinal Endoscopy 2003,5(2):65-73

3 W ills H,Kast R,Stewart C,et al.Diagnosis of wilms'tumor using near-infrared Raman spectroscopy.Journal of Pediatric Surgery,2009,44:1151-1158

4 Hogiu SW,Weeks T,Huser T.Chemical analysis in vivo and in vitro by Raman spectroscopy from single cells to humans.Current Opinion in Biotechnology,2009,20:63-73

5 Short KW,Carpenter S,Freyer JP,etal.Raman spectroscopy detects biochemical changes due to proliferation in mammalian cell culture.Biophysical Journal,2005,88:4274-4288

6 Manoharan R,Wang Y,Feld MS,etal.Histochemical analysisofbiological tissues using Raman spectroscopy.Spectrochim ica Acta Part A,1996,52:215-249

7 W ills H,Kast R,Stewart C,et al.Raman spectroscopy detects and distinguishes neuroblastoma and related tissues in fresh and(banked)frozen specimens.Journal of Pediatric Surgery,2009,44:386-391

8 Lau DP,Huang Z,Lui H,etal.Raman spectroscopy for optical diagnosis in normaland cancerous tissue of the nasopharynx-preliminary findings.Lasers in surgery and medicine,2003,32:210-214

9 Nijssen A,Schut TCB,Heule F,etal.Discirm inating basal cell carcinoma from its surrounding tissueby Raman spectroscopy.JInvestDermatol,2002,119:64-69

10 Das Kaustuv,Stone Nicholas,Kendall Catherine.Raman spectroscopy of parathyroid tissue pathology.Lasers Med Sci,2006,21:192-197

11 Oliveira AP,Bitar RA,Silveira L,et al.Near-infrared Raman spectroscopy for oral carcinoma diagnosis.Photomedicineand Laser surgery,2006,24(3):348-353

12 MaliniR,Venkatakrishna K,Kurien J,et al.Discrimination of normal,inflammatory,premalignant,andmalignant oral tissue:a Raman spectroscopy study.Biopolymers,2006,81:179-193

13 Schut TCB,WitijesMJH,Sterenborg HJCM,etal.In vivo detection of dysplastic tissuesby Raman spectroscopy.Anal Chem,2000,72:6010-6018

14 Li Y,Wen ZN,Li LJ,etal.Research on the Raman spectral character and diagnostic value ofsquamous cell carcinoma of oralmucosa.Journal of Raman spectroscopy,2010,41:142-147

15 Harris AT,Lungari A,Needham CJ,et al.Potential for Raman spectroscopy to provide cancer screening using a peripheral blood sample.Head and Neck Oncology,2009,1:34

16 Feng SY,Chen R,Lin JQ,et al.Nasopharyngeal cancer detection based on blood plasma surface-enhanced Raman spectroscopy and multivariate analysis.Biosensors and Bioelectronics,2010,25:2414-2419

17 McCreadie BR,Morris MD,Chen Tso-ching,et al.Bone tissue compositional differences inwomenwith and withoutosteoporotic fracture.Bone,2006,39:1190-1195

18 Draper ER,Morris MD,Camacho NP,et al.Novel assessment of bone using time-resolved transcutaneous raman spectroscopy.JBone Miner Res,2005,20(11):1968-1972

19 Lakshm i RJ,Alexander M,Kurien J,et al.Osteoradionecrosis(ORN)of themandible:a laser Raman spectroscopic study.Applied spectroscopy,2003,57(9):1100-1116

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