多光子显微成像结合拉曼光谱技术用于结直肠癌早期诊断和治疗评估的研究

This project propose that the multiphoton microscopic imaging technology combined with Raman spectroscopy technology can realize synchronous detection of morphologic microstructure image and spectral characteristics of internal biochemical components of biological sample. Based on it，early diagnosis and treatment evaluation of colorectal cancer will be studied. The microstructure morphology and spectral characteristics of internal components of normal, premalignant and different progression of colorectal tissue and blood samples and colorectal cancer cell biological characteristics will be studied to explore the internal mechanism of colorectal cancer development at the molecular level and cell level. Furthermore, some quantitatively characteristic parameters of normal and different course of colorectal cancer will be determined to provide reference index and basic data for colorectal cancer early diagnosis and treatment evaluation. These results will contribute to understand the internal cause of colorectal cancer development, and give important significance and reference value for the prevention, diagnosis and treatment of early colorectal cancer.

本项目提出将多光子显微成像技术与拉曼光谱技术相结合，能够实现结直肠样品的形态微结构图像和内在生化成分光谱特性的同步检测。在此基础上，开展结直肠癌早期无损诊断和治疗评估的研究。以结直肠组织、血液和细胞为实验对象，研究正常、癌前以及不同病程结直肠组织和血液样品内在成分的微结构形态和光谱特性以及结直肠癌细胞的生物学特性，从细胞水平和分子水平探讨结直肠癌产生、发展的内在机制，建立能够定量表征正常以及不同病程结直肠癌的特征参数，为结直肠癌的早期无损诊断和治疗评估提供参考指标和基础数据。研究成果将有助于人类加深对结直肠癌产生、发展等内在机制的认识，对结直肠癌早期防治具有重要指导意义和参考价值。

本项目提出了结合多光子显微成像技术和拉曼光谱技术开展结直肠癌变信息特征提取和早期诊断的相关基础研究，并取得了预期成果。开展了正常与癌变结直肠组织的多光子显微成像研究，发展了一种基于层状结构组织的高分辨非线性光谱成像方法和技术，获得了正常与癌变结直肠组织样品微结构高分辨SHG/TPEF图像，系统比较分析了正常与癌变组织粘膜层、粘膜下层和肌层的微结构形态学变化，提取了若干表征结直肠癌变信息的特征参数。开展了正常与癌变组织样品的常规拉曼光谱（NRS）以及以银胶和金胶为增强基底的表面增强拉曼光谱技术（SERS）研究，掌握了金属纳米颗粒增强基底的制备、拉曼光谱检测和光谱数据分析和统计等技术，实验获得了较为理想的NRS和SERS光谱谱线，提取了表征癌变信息的光谱特性参数。提出了一种基于膜电泳血浆蛋白的结直肠癌筛选SERS光谱检测技术，以健康人和癌变患者血浆样品为实验对象，采用膜电泳技术分离提取血浆中的白蛋白和球蛋白，实验获得以银纳米颗粒（Ag NPs）为增强基底的球蛋白和白蛋白SERS光谱，PCA-LDA统计分析诊断模型显示，该技术具有良好的区分度，极高的诊断灵敏度和特异性，有望发展为一种快速灵敏的结直肠癌血液诊断方法。研究成果将有助于人类加深对结直肠癌变进程的认识，提取的表征结直肠组织病变信息的特性参数为后续构建结直肠癌早期诊断与风险评估系统提供基础数据和技术支持，对结直肠癌早期防治具有重要指导意义和参考价值。此外，本项目积累的非线性光学成像技术和表面增强拉曼光谱技术可以推广应用于其它疾病的研究，并有望取得好的结果。