Ratiometric pH-responsive SERS strategy for glioma boundary determination

比值ph響應(yīng)SERS策略用于膠質(zhì)瘤邊界測(cè)定

來源：Talanta 250 (2022) 123750

 

一、摘要核心內(nèi)容

 

論文提出一種基于表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）的比率型pH傳感策略，用于快速識(shí)別膠質(zhì)瘤邊界。通過制備銀納米粒子自組裝薄膜芯片，修飾pH響應(yīng)分子4-巰基吡啶（4-MPY），利用其SERS特征峰比值（I 1091 /I 1580 ）隨pH變化的規(guī)律，測(cè)量腫瘤組織間隙液酸度，實(shí)現(xiàn)術(shù)中快速、無創(chuàng)的邊界定位。該方法較傳統(tǒng)病理檢測(cè)更高效，有望用于術(shù)中導(dǎo)航。

二、研究目的

 

解決膠質(zhì)瘤因浸潤性生長導(dǎo)致的邊界模糊問題（傳統(tǒng)依賴經(jīng)驗(yàn)或耗時(shí)病理檢查），利用腫瘤細(xì)胞高糖酵解代謝酸化微環(huán)境的特性，開發(fā)一種快速（秒級(jí)響應(yīng)）、精準(zhǔn)的術(shù)中邊界診斷技術(shù)。

三、研究思路

 

芯片制備（圖1A）：

 

 

玻璃片經(jīng)PDDA修飾后吸附銀納米粒子（AgNPs），形成均勻薄膜（圖1C）。

 

修飾4-MPY作為pH響應(yīng)分子，通過Ag-S鍵固定（圖1D）。

 

pH響應(yīng)機(jī)制（圖3A）：

 

 

4-MPY吡啶環(huán)在酸性環(huán)境中質(zhì)子化，導(dǎo)致拉曼峰強(qiáng)度變化（1091 cm?1峰減弱，1580 cm?1峰增強(qiáng)）。

 

術(shù)中檢測(cè)流程（圖2）：

 

小鼠膠質(zhì)瘤表面滴加水滴，滲透間隙液后轉(zhuǎn)移至芯片。

 

便攜式拉曼光譜儀測(cè)量SERS信號(hào)，通過校準(zhǔn)曲線（pH 5.5–7.5）換算pH值。

 

四、測(cè)量數(shù)據(jù)及意義

 

pH響應(yīng)性能（圖3C-D）：

 

數(shù)據(jù)：測(cè)量不同pH緩沖液（5.5–7.5）下I₁₀₉₁/I₁₅₈₀比值，建立線性校準(zhǔn)曲線（y = -0.15x + 2.35）。

 

意義：驗(yàn)證芯片對(duì)生理相關(guān)pH范圍的高靈敏度響應(yīng)，為定量分析提供基礎(chǔ)。

 

腫瘤微環(huán)境pH梯度（圖4）：

 

數(shù)據(jù)：小鼠膠質(zhì)瘤不同位點(diǎn)pH測(cè)量顯示由中心向邊界遞增（中心pH≈6.2，邊界接近7.4）。

 

意義：證實(shí)腫瘤酸性微環(huán)境的空間異質(zhì)性，為邊界界定提供生物標(biāo)志物。

 

Unisense微電極驗(yàn)證數(shù)據(jù)（圖5B-D）：

 

 

數(shù)據(jù)：

 

微電極校準(zhǔn)曲線（y = 2.15x + 77.87）（圖5B）。

 

直接插入腫瘤組織測(cè)量pH（圖5C），結(jié)果與SERS數(shù)據(jù)高度一致（差異≤0.2 pH單位）（圖5D）。

 

意義：

 

驗(yàn)證SERS準(zhǔn)確性：微電極作為金標(biāo)準(zhǔn)，證實(shí)SERS方法無創(chuàng)取樣（水滴滲透）能真實(shí)反映體內(nèi)微環(huán)境pH。

 

強(qiáng)化臨床可靠性：排除SERS信號(hào)干擾疑慮，支持其術(shù)中應(yīng)用可行性。

 

五、結(jié)論

 

成功開發(fā)基于4-MPY的比率型SERS傳感芯片，可快速（10秒取樣）、無創(chuàng)檢測(cè)膠質(zhì)瘤酸化微環(huán)境。

 

通過pH空間梯度（中心酸性最強(qiáng)→邊界接近生理pH）精準(zhǔn)定位腫瘤邊界（圖4），靈敏度達(dá)0.1 pH單位。

 

技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

 

術(shù)中實(shí)時(shí)性：顯著快于病理檢測(cè)（分鐘級(jí) vs. 小時(shí)級(jí)）。

 

高兼容性：便攜拉曼儀適配手術(shù)場(chǎng)景。

 

安全性：避免體內(nèi)注射納米探針的風(fēng)險(xiǎn)。

 

六、Unisense微電極數(shù)據(jù)的深層意義

 

丹麥Unisense微電極的獨(dú)立驗(yàn)證（圖5）具有雙重核心價(jià)值：

 

方法學(xué)驗(yàn)證：

 

微電極直接測(cè)量組織間隙液pH（非取樣間接法），證實(shí)SERS通過水滴滲透法獲取的pH值無顯著偏差（誤差<0.2），排除干燥效應(yīng)、生物分子干擾等因素影響。

 

生物學(xué)機(jī)制確認(rèn)：

 

微電極數(shù)據(jù)重現(xiàn)了腫瘤的酸性梯度特征（中心pH 6.2→邊界7.4），從電化學(xué)角度獨(dú)立證實(shí)糖酵解代謝導(dǎo)致的酸化是膠質(zhì)瘤的穩(wěn)定標(biāo)志，強(qiáng)化SERS策略的生物學(xué)基礎(chǔ)。

 

此驗(yàn)證為技術(shù)轉(zhuǎn)化核心環(huán)節(jié)，確保SERS在臨床場(chǎng)景中能替代傳統(tǒng)侵入式電極，實(shí)現(xiàn)安全、高效的術(shù)中導(dǎo)航。