轉(zhuǎn)移干細(xì)胞：攜帶抗體的金納米顆粒與干細(xì)胞表面標(biāo)志物結(jié)合細(xì)胞并增強(qiáng)通過表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）檢測的光譜信號。

母雞的激光束照射在一個單一的細(xì)胞，在細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)品可以吸收，反射，或者散射光波。散射光可以根據(jù)分子類型 - 蛋白質(zhì)，糖或核酸以及存在于其結(jié)構(gòu)中的化學(xué)鍵，在各種波長處產(chǎn)生可用于鑒定特定分子的*標(biāo)記。數(shù)十年來，研究人員利用這些稱為拉曼光譜的這些特征作為化學(xué)指紋來表征細(xì)胞。

與流式細(xì)胞術(shù)，微流體學(xué)和其他細(xì)胞分選方法不同，依賴于拉曼光譜儀的技術(shù)不需要標(biāo)記，并且對于許多應(yīng)用，它們可以比流式細(xì)胞儀更靈敏和特異。諸如表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）的變體版本 - 其中化學(xué)物質(zhì)被吸附在金屬表面上，促進(jìn)發(fā)射的光譜信號 - 通過增強(qiáng)分子附近的電場，提高了基于拉曼的測定的靈敏度和特異性。使用與金屬（如金或銀）制成的納米粒子結(jié)合的抗體可以在單次測定中產(chǎn)生多達(dá)六個或七個SERS光譜，提供比熒光標(biāo)記更高的辨別度。

隨著快速改進(jìn)工具和分析方法，拉曼光譜在生命科學(xué)家中越來越受歡迎。格拉斯哥大學(xué)Strathclyde大學(xué)化學(xué)教授鄧肯•格雷厄姆說：“拉曼光譜儀器在過去五年中發(fā)展非常迅速，檢測器和光源的改進(jìn)得到了極大的改善，從而降低了成本，同時保留了這些系統(tǒng)的性能。。他補(bǔ)充說，更快的相機(jī)可以在幾秒鐘內(nèi)捕獲光譜，而不是幾秒鐘，更好的軟件和統(tǒng)計工具可以分析通過排序和分析細(xì)胞產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)集。

在這里，科學(xué)家們參觀了采用拉曼光譜法檢測和研究細(xì)胞的四種策略。

測試干細(xì)胞治療
調(diào)查員： 徐春輝小兒副教授，蔡美美，埃默里大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程助理教授

項目：從多能人干細(xì)胞的制劑中去除殘留的致癌干細(xì)胞。

問題：人類多能干細(xì)胞（hPSCs）是一種有前途的干細(xì)胞干細(xì)胞治療方法，用于廣泛的疾病。然而，源自hPSC的細(xì)胞通常含有殘留的未分化細(xì)胞，然而這些污染性殘留物在移植到動物體內(nèi)時可能形成腫瘤。流式細(xì)胞術(shù)和其他測定法只能檢測這些細(xì)胞，如果它們形成0.1％或更多的群體，但是通過未分化細(xì)胞的腫瘤形成的小鼠研究估計，在105個細(xì)胞（0.001％）中甚至1個的濃度具有形成畸胎瘤的潛力。MR錢表示，移植hPSC后的腫瘤形成是純度和安全性的“黃金標(biāo)準(zhǔn)”測試，但這個過程大概需要三個月的時間。它也是昂貴和非定量的，使其成為臨床測定的不良選擇。

解決方案：徐和同事們希望使用SERS來檢測殘留的干細(xì)胞，就像2011年循環(huán)腫瘤細(xì)胞一樣。該團(tuán)隊用兩個干細(xì)胞表面標(biāo)志物SSEA-5和TRA- 1-60，然后用聚乙二醇（PEG）覆蓋暴露的納米顆粒表面以減少非特異性結(jié)合。他們在與已知數(shù)量的成纖維細(xì)胞混合的hPSC樣品上測試納米顆粒，以證實SERS信號與存在的干細(xì)胞數(shù)目成比例。該測定可以在一百萬個成纖維細(xì)胞的背景中檢測到一個干細(xì)胞，比流式細(xì)胞術(shù)檢測靈敏度高2,000至15,000倍。該技術(shù)在hPSC衍生的心肌細(xì)胞的培養(yǎng)中同樣良好。“高靈敏度和特異性是該檢測方法與其他方法的關(guān)鍵優(yōu)勢，”Xu說。

她補(bǔ)充說，該測定證明與2011年腫瘤細(xì)胞研究一樣敏感。優(yōu)化不同細(xì)胞類型的技術(shù)需要找到每個納米顆粒正確的配體密度 - 在這種情況下，SSEA-5標(biāo)記的每個顆粒有25個抗體。

掃描的特異性
調(diào)查： 伊沃恩·希，博士后研究員，并克里斯托夫克拉夫，調(diào)研組組長，光子技術(shù)研究所萊布尼茲德國

項目：通過采集提高單細(xì)胞分類的特異性平均拉曼光譜

PATCHY CELLS：使用從整個細(xì)胞（圖）獲取的平均拉曼光譜重建的細(xì)胞圖像（插圖）顯示大分子在細(xì)胞中不均勻分布。COURTESY IWAN SCHIE

問題：大多數(shù)研究依賴于單個單個拉曼光譜讀數(shù)。但是對于通常大于激光焦點的直徑的真核細(xì)胞來說，這并不總是準(zhǔn)確的。來自細(xì)胞的單個讀數(shù)受諸如細(xì)胞是否積極復(fù)制DNA，如果其正在經(jīng)歷凋亡或壞死以及脂滴或蛋白質(zhì)的量的因素的影響。此外，“您可以根據(jù)您將激光對準(zhǔn)細(xì)胞核或細(xì)胞質(zhì)來獲得變化，”Krafft說。從每個細(xì)胞獲取多個光譜以鑒定平均大分子特征是理想的，但這是耗時且昂貴的，所以研究人員可能會更少的細(xì)胞進(jìn)行補(bǔ)償。

解決方案： Schie和Krafft不是采取多個單獨讀數(shù)，而是發(fā)現(xiàn)沿著任意一條線或其他定義的形狀掃描一個激光束可以從樣品中產(chǎn)生一個連續(xù)的拉曼信號。大多數(shù)商業(yè)光譜儀通常被開發(fā)用于分析材料而不是細(xì)胞，因此該團(tuán)隊設(shè)計了具有幾種不同光學(xué)透鏡，多模光纖，電動臺和其他柔性部件的拉曼顯微鏡，使得該儀器可用作顯微鏡，以及用于從一個線上的多個點獲取單點光譜和光譜。

該團(tuán)隊使用該設(shè)置測定了兩種不同的胰腺癌細(xì)胞系和T細(xì)胞系，并將結(jié)果與拉曼成像進(jìn)行了比較，其中來自多個點的單個光譜被組合以產(chǎn)生細(xì)胞的圖像，并且從單個點獲得的拉曼光譜細(xì)胞。綜合光譜在相同類型的細(xì)胞之間產(chǎn)生較小的變化，因此較少的細(xì)胞必須被采樣以訓(xùn)練魯棒的分類模型。在培訓(xùn)模型中僅使用20個細(xì)胞足以達(dá)到90％以上的準(zhǔn)確度。所有這三種方法可以區(qū)分兩種癌細(xì)胞系和T細(xì)胞系。因為沿線讀取數(shù)據(jù)連續(xù)采樣細(xì)胞而不是采取離散測量，“相同類型的兩個細(xì)胞之間的變化不如從細(xì)胞中隨機(jī)位點獲取單個光譜那樣高，“克拉夫特說。這種方法可能是一種有效，高通量的方法來使用拉曼光譜儀來檢測循環(huán)腫瘤細(xì)胞，他補(bǔ)充說。