利用拉曼光谱分析技术研究皮肤鳞癌生化特征

发布时间：2020-09-17 07:15

　　拉曼光谱分析技术能够以一种无损、定量的方式阐释物质分子振动与转动信息。通过研究其特征峰位置、数目、强度等参数,实现物质组成与结构信息分析,因此,拉曼光谱技术在生物医学领域有着广泛的应用。共聚焦拉曼光谱成像技术(Confocal Raman Microspectral Imaging,CRMI)具有空间分辨率高、测量灵敏度高、成像速度快以及可对微量样品进行研究分析等诸多优点。本文首先从经典与量子理论方面对拉曼光谱原理进行了解释;其次,对CRMI技术原理、优点及其应用进展进行了简要介绍;再次,重点讨论了CRMI技术对人体正常皮肤样品及鳞状细胞癌(Squamous Cell Carcinoma,SCC)组织的检测与分析工作。在获得正常皮肤组织特征拉曼光谱数据后,分别采用单变量和多变量(K-mean Cluster Analysis,KCA)分析手段,分析人体正常皮肤组织角质层、表皮层、真皮层三层结构所具有的生化组成及结构特征。结果表明,可通过胶原蛋白特征峰(855、940和1248 cm-1)重构拉曼图像,可视化描述胶原蛋白在真皮层呈网状分布的结构特征;神经酰胺中脂质(1064、1106、1126、1300 cm-1)的拉曼图像可以用来说明角质层的组织形态特征;此外,通过分析1375与1580 cm-1拉曼峰及其拉曼图像,可直观呈现表皮中黑色素的聚集形态;采用图谱结合方式描述毛囊结构中黑色素的聚集形态,验证了毛囊是由表皮下陷到真皮层形成的。在此基础上,利用CRMI开展了对皮肤鳞状细胞癌组织的病理特征分析工作。实验工作中,结合HE染色显微图像,对SCC病理演化机制进行了探讨,包括:SCC细胞的扩散和转移方向,胶原蛋白、脂质、DNA等物质成分在肿瘤转移过程中的变化规律等。结果表明,在一级鳞癌和二级鳞癌组织中,代表胶原蛋白的拉曼特征峰(853、936、1248 cm-1)强度在癌变区域会急剧下降,DNA(720、1327 cm-1)和脂质(1305 cm-1)拉曼峰强度却明显增加,说明在鳞癌细胞从表皮逐渐向真皮层侵犯过程中,DNA与脂类表现出一定的聚集现象。由于一级鳞癌与二级鳞癌的炎症反应程度不同,与炎症相关的苯基丙氨酸拉曼峰(1002 cm-1)在两级鳞癌组织样品中的变化情况也有所区别。以上研究工作表明,利用CRMI技术可对其生物组织生化组分及其分布信息变化进行定性、定量和定位检测,在阐释组织病变的生物学机理方面具有广阔的应用前景。
【学位单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O657.37;R739.5
【部分图文】：

能级图,拉曼散射,能级图,拉曼光谱技术

第二章拉曼光谱技术简介以看出这两种谱线的数值相等，符号相反，说明在光谱图中 Stokes 线ti-Stokes 线将对称地分布在 Rayleigh 线两旁。

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那么利用所有点包含的信息就可以重构一个二维或三维的拉曼图像。图2.2[42]显示了 CRMI 系统的简化示意图。在这个系统中，照明针孔与共焦针孔共轭，只有处在焦平面上的拉曼信号能够被探测到，焦平面以外的信号将不会被检测记录[41]，这一创新的改进方式使得系统在分辨率、准确度、信噪比等方面有了极大的提高。随着仪器向生物学家专项工具的发展，生物学应用此项技术的种类和范围将会扩大。CRMI 技术凭借不需要样品制备的独特优势以及与常规显微镜相比能够提供更高的轴向和空间分辨率的能力使其可以对细胞或生物组织的自然状态进行非常详细的分析。对个体细胞及部分生物组织还可进行拉曼图像生成，这些图像会包含每个像素处的全部光谱信息，以便可以基于拉曼特征峰来可视化所测单元内的组分分布。在细胞生命周期、细胞受损或癌变时及时观察到生化成分含量及分布的改变情况对于研究人

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组织不会受到物理、化学、或者病原体的干扰。它可以排汗，同时给人传递冷热和压力的感觉。这种组织与个人的年纪、性别、位置及健康程度有关系。皮肤组织由表皮（Epiders）、真皮（Dermis）、皮下脂肪（Fat of Subcutis）基本构成[58]。图 3.1 是皮肤的结构组织示意图[59]：

【参考文献】