谢晓亮院士Science子刊：开发先进肿瘤检测技术

　　

生物通报道  来自哈佛大学、密歇根大学等处的研究人员证实，可以采用定量受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering, SRS)显微镜来检测人类脑肿瘤浸润。这一研究成果发布在10月14日的《科学转化医学》（Science Translational Medicine）杂志上。

哈佛大学谢晓亮（X. Sunney Xie) 教授和密歇根大学的Daniel Orringer博士是这篇论文的共同通讯作者。谢晓亮教授是单分子生物物理化学和相干拉曼散射显微成像的开拓者之一，其研究组在离体实验及活细胞内生物系统在单分子水平的动力学研究方面取得了不少重要的成果，尤其是单分子荧光显微技术，比如相干拉曼显微成像技术(CARS、SRS)等方面成果斐然。近年来，他又在单细胞测序技术上取得突破，发表了不少重要成果（延伸阅读：北大谢晓亮、黄岩谊教授PNAS开发单细胞测序新技术 ）。

脑肿瘤是一类常见的病因不明、来源广泛的神经系统疾病。男性多于女性，任何年龄都可发生，最多见于20-40岁之间。由于脑组织结构和生理功能的特异性，颅内肿瘤多引起显著而特异的临床症状和体征，尤其是位于重要功能区的脑肿瘤常引起病人重要功能的受损或缺失。脑肿瘤的主要根治方法是手术切除肿瘤灶，其目的在于尽可能保留脑功能皮层的情况下最大限度地切除肿瘤。将肿瘤与正常脑组织区分开来是脑肿瘤手术取得最佳结果的一个主要障碍。当前迫切需要一些能够在手术过程中显像肿瘤边缘地带的新成像技术来改善手术疗效。

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SRS显微镜是一种无损伤、免标记的光学方法，其能够检测原子间化学键的变化，敏感度高于红外显微镜和拉曼显微镜。谢晓亮教授曾表示，SRS显微镜是生物医学成像的一个巨大进步，开启了活细胞新陈代谢的实时监控研究。近年来，谢晓亮课题组一直在致力利用SRS显微镜来快速检测癌症组织，实现外科手术中的可视化。研究人员曾在动物模型中证实了SRS显微镜揭示神经胶质瘤浸润的能力。

在这篇新文章中，研究人员利用SRS揭示出了22个神经外科患者新鲜、未处理手术样本中的脑肿瘤浸润情况。证实SRS检测肿瘤浸润与标准苏木红-伊红染色、光学显微镜检测近乎一致。SRS显微镜独特的化学对比可揭示出肿瘤浸润组织的组织细胞构成、轴突密度和蛋白质/脂质比的量化改变实现肿瘤检测。

他们利用SRS生成了有关蛋白质和脂质的不同信号，并随后各自分配给它们一种颜色（蓝色和绿色），使得作者们能够将来自肿瘤的脑皮质与白质区分开来。采用SRS显微镜检测来自成人及儿童胶质母细胞瘤患者的活组织样本，不仅揭示出了显著的特征，还在组织中发现了采用传统染色看起来正常的浸润细胞。早期捕捉这样的浸润细胞至关重要，因为手术后遗留的浸润细胞几乎总是会导致癌症复发。

为了确保这种SRS显微镜方法可日常用于脑肿瘤手术中，且无需专家解读。研究人员还构建出了一个目标分类器，其将不同的成像特征，如蛋白/脂质比、轴突密度和细胞构成整合为一个输出信号按照从0至1这个尺度来衡量，提醒病理学家注意肿瘤浸润。这一分类器是利用来自胶质母细胞瘤和癫痫患者的1400多张图像建立起来的，能够以>99%的准确度区分肿瘤浸润区域和非肿瘤区域。

因此，这一免标记的成像技术可用于补充现有的神经手术工作流程，帮助快速客观地确定脑组织的特征及制定临床决策。

（生物通：何嫱）

作者简介：

谢晓亮

出身于化学世家，其父为北大化学与分子工程学院著名教授谢有畅。1984年毕业于北大化学系、获学士学位，并在本系继续攻读研究生。1985年赴加州大学圣地亚哥分校攻读博士，1990年获博士学位后在芝加哥大学进行博士后研究，1992年起在美国太平洋西北国家实验室工作，1999年被聘为哈佛大学化学与生物系终身教授，是该校仅有的两位中国大陆的终身教授之一。他是北大长江讲座教授，2010年12月担任北京大学生物动态光学成像中心主任。研究重点是单分子光谱检测及其在生命科学中的应用。谢教授曾获美国物理学会的青年光谱学家奖、以色列总统奖等多项殊荣，并当选为美国国家科学院院士

生物通推荐原文摘要：

Detection of human brain tumor infiltration with quantitative stimulated Raman scattering microscopy

Differentiating tumor from normal brain is a major barrier to achieving optimal outcome in brain tumor surgery. New imaging techniques for visualizing tumor margins during surgery are needed to improve surgical results. We recently demonstrated the ability of stimulated Raman scattering (SRS) microscopy, a nondestructive, label-free optical method, to reveal glioma infiltration in animal models……