CARS -mikroskopi på vej til klinisk oversættelse

Sammenhængende anti-Stokes Raman-spredningsmikroskopi tilbyder ikke-invasiv etiketfri billeddannelse, høj følsomhed, og kemisk specificitet, hvilket gør det til et attraktivt alternativ til histopatologi til diagnose. For klinisk oversættelse, nogle tekniske barrierer mangler stadig at blive overvundet ved hjælp af avancerede funktioner og ordninger.

Farvet histopatologi er i øjeblikket guldstandarden for sygdomsdiagnose, men forbliver en subjektiv praksis på forarbejdet væv, tager fra timer til dage. Mere kvantitativ og hurtig analyse kunne leveres ved nær-infrarød Raman-mikrospektroskopi, et attraktivt alternativ, der tilbyder en ikke -invasiv analyse af vævet uden ydre farvning eller mærkning. Da patologiske ændringer ofte går forud for mikroskopiske kemiske ændringer, det opnåede Raman hyperspektrale billede og data af vævet kan potentielt bruges som et tidligt fænotypisk sæt markører til vævspatologi. Imidlertid, den svage Raman -spredning af almindelige biomolekyler nødvendiggør en lang billedoptagelsestid på flere timer. Sammenhængende anti-Stokes Raman-spredning (CARS) mikroskopi, en ikke -lineær optisk variant af Raman mikrospektroskopi, holder løftet om at forkorte denne tid under minutter. Endnu, der er stadig nogle begrænsninger, der begrænser den kliniske translation af CARS -mikroskopi. Selvom hver af dem kan overvindes med avancerede funktioner, implementeringen af ​​en eller et lille antal af disse funktioner indfører ofte flere afvejninger end fordele.

I en anmeldelseartikel, Haohua Tu og Stephen A. Boppart fra University of Illinois i Urbana-Champaign (USA) diskuterer de seks mest fremragende tekniske barrierer og seks avancerede funktioner, herunder interferometri, der uafhængigt kan tilføjes til en standard, men højtydende ordning for at overvinde disse barrierer. De skitserer også en strategi, der ville integrere flere avancerede funktioner for at overvinde disse barrierer samtidigt, effektivt reducere afvejninger, og synergistisk optimere CARS -mikroskopi til klinisk oversættelse. Driften af ​​det påtænkte system inkorporerer sammenhængende Raman-mikrospektroskopi til identifikation af vibrationelle biomolekylære markører for sygdom og enkeltfrekvent (eller hyperspektral) Raman-billeddannelse af disse specifikke biomarkører til real-time in vivo diagnostik og overvågning.

Ved at anerkende CARS -spektroskopi vs. CARS -billeddannelse som den mest fundamentale afvejning, forfatterne foreslår, at klinisk CARS -mikroskopi bør optimeres til at udføre enten Raman -spektroskopi med en bred spektral dækning, eller Raman -billeddannelse ved en eller et par diskrete Raman -frekvenser, men ikke begge dele. Førstnævnte kunne realiseres ved at integrere alle de seks avancerede funktioner, der blev diskuteret, resulterer i en meget følsom version af spontan Raman -mikroskopi, der hurtigt kunne identificere nye Raman -biomarkører af medicinsk betydning fra tynde ex vivo -vævssnit. Sidstnævnte ville adaptivt integrere nogle af de avancerede funktioner, afhængigt af de identificerede Raman-biomarkører og det tekniske problem med fiberbaseret miniaturisering, at udføre in vivo molekylær billeddannelse hos patienter.