CARS-микроскопия на пути к клиническому применению
Coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) микроскопия предлагает неинвазивную, бесфлуоресцентную визуализацию с высокой чувствительностью и химической специфичностью, что делает её привлекательной альтернативой гистопатологии для диагностики. Для клинического перевода необходимо преодолеть технические барьеры с помощью усовшенствованных функций и схем.
Проблемы и возможности метода
- Текущий стандарт: Окрашенная гистопатология — золотой стандарт диагностики, но это субъективный метод, требующий обработки ткани и занимающий от часов до дней.
- Альтернатива: Ближняя инфракрасная Раман-микроспектроскопия предлагает количественный и быстрый анализ ткани без внешнего окрашивания. Поскольку патологические изменения часто предваряются микроскопическими химическими сдвигами, полученные Раман-гиперспектральные изображения могут служить ранними фенотипическими маркерами.
- Ограничение: Слабое Раман-рассеяние биомолекул приводит к длительному времени получения изображения (несколько часов).
- Решение: CARS-микроскопия (нелинейный оптический вариант Раман-микроспектроскопии) может сократить это время до минут, но имеет ограничения для клинического перевода.
Преодоление барьеров
В обзорной статье обсуждаются шесть основных технических барьеров и шесть усовшенствованных функций (включая интерферометрию), которые можно независимо добавить в стандартную высокопроизводительную схему для их преодоления.
- Стратегия: Интеграция нескольких усовшенствованных функций для одновременного преодоления барьеров, минимизации компромиссов и синергетической оптимизации CARS-микроскопии для клиники.
- Работа системы: Включает когерентную Раман-микроспектроскопию для идентификации вибрационных биомолекулярных маркеров болезни и одночастотную (или гиперспектральную) Раман-визуализацию этих маркеров для диагностики и мониторинга in vivo в реальном времени.
Ключевой компромисс и пути оптимизации
Авторы выделяют фундаментальный компромисс между CARS-спектроскопией и CARS-визуализацией и предлагают оптимизировать клиническую CARS-микроскопию для выполнения одной из двух задач:
- Раман-спектроскопия с широким спектральным покрытием: Реализуется интеграцией всех шести усовшенствованных функций, создавая высокочувствительную версию спонтанной Раман-микроскопии для быстрого поиска новых клинически значимых Раман-биомаркеров в тонких срезах ткани ex vivo.
- Раман-визуализация на одной или нескольких дискретных частотах: Адаптивно интегрирует некоторые усовшенствованные функции (в зависимости от выявленных маркеров и задач миниатюризации на основе волокон) для проведения молекулярной визуализации in vivo у пациентов.