2019-12-23 21:01:29, 季敏标 徕卡显微系统(上海)贸易有限公司
▲图 1. 常见生物组分和分子的拉曼光谱
快速病理检测:
▲图 2. SRS 与 HE 图像的一致性对比(绿:脂质;蓝:蛋白质;红:胶原纤维)[3]
▲图 3. 新鲜 AD 鼠脑的 SRS 光谱图像以及斑块、正常组织的光谱差异 [4]。(a-c)指纹区的光谱图像,绿:脂质;蓝:正常蛋白质;洋红:淀粉样蛋白斑块。(d-f)C-H 伸缩振动区的光谱图像,绿:脂质;洋红:总蛋白质。(g-h)不同组织区域的 SRS 光谱
生物代谢:
2018 年,哥伦比亚大学闵玮教授课题组发展了将重水(D2O)代谢与受激拉曼散射(DO-SRS)显微技术相结合的技术,用于原位代谢观测[5] 。在生物代谢过程中,经过酶的催化合成,D2O 中的氘原子会被自动整合到有机分子中,形成同位素标记的 C-D 键。因此,基于对新合成有机分子中 C-D 键的成像,就可以实现生物代谢的追踪观测(视频 1)。目前,在 C-D 键的广泛振动光谱中,他们发现了脂质和蛋白质的特异性拉曼位移,并开发了光谱解调方法来获得具有大分子选择性的 C-D 信号,做到了在动物模型中脂质、蛋白甚至糖类的代谢测量[6][7]。
▲视频 1.秀丽隐杆线虫的脂质 SRS 实时成像(左:原本存在的脂质;右:利用 D2O 新合成氘代脂质)[5]
药物运输:
在医药学中,药物的运输是学者们关注的重点之一,准确地运输过程及定位,是药物分子能实现特定生理功能的重要保障。制作小分子药物的荧光标签并非容易之事,常用的荧光标签往往比药物分子大很多,这会影响他们的运输特性;因此,利用传统荧光标记方法追踪小分子药物面临很多挑战。而很多药物分子本身具有特殊的化学键振动(图 4),因此,利用 SRS 可以对该药物进行很好的特异性成像,加之 SRS 不需要对样品固定、染色等操作,最大程度上保持了生物体样品的活性,可以实现系列活体动态捕捉。
▲图 4. 药物分子的结构式及其拉曼光谱 [9]
▲图 5.局部应用盐酸特比萘芬对小鼠耳部皮肤的 SRS 成像(2230cm-1:盐酸特比萘芬;1655cm-1:蛋白质;脂质 2845cm-1:脂质)[8]
参考文献:
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作者简介
季敏标,男,1982 年出生于浙江省台州市。2001 年获北京大学物理系学士;2011 年获美国斯坦福大学物理系博士学位,研究方向为非线性光学和超快分子动力学;之后在哈佛大学谢晓亮组里从事博士后研究(2011-2014),发展相干拉曼成像技术并将其应用到肿瘤的无标记探测。2014 年入职复旦大学物理系担任研究员和博士生导师。2015 年入选中组部“千人计划”(青年组)和上海市“青年科技启明星计划”。
季教授的研究方向集中在非线性光谱学在物理、化学和生物医学等交叉学科中的应用,研究课题包括利用新型光谱显微成像技术研究生物医学问题,以及新材料的光电子特性研究等。迄今发表 SCI 论文 50 余篇,包括 Science, Science Translational Medicine, Science Advances, PNAS 等。并承担科技部重点研发计划“数字诊疗装备”青年专项、基金委面上项目、上海市科技创新行动计划等多项科研项目。
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