受激拉曼散射成像系統(SRS)在表型組學、表型影像學、分子影像學中的作用
受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering,SRS)成像技術是一種非線性光學效應,當兩束激光照射樣品時,其中一束泵浦光與樣品分子振動模式發生相互作用,產生頻率下移的斯托克斯光,通過探測斯托克斯光的強度分布來獲取樣品的拉曼光譜信息并進行成像。
受激拉曼散射成像系統(SRS)在表型組學、表型影像學、分子影像學中可以發揮以下重要作用:
表型組學
細胞與組織分析
超快受激拉曼散射顯微成像系統(SRS)能夠對細胞和組織進行無標記成像,提供細胞和組織內部的生化成分信息,如脂質、蛋白質、核酸等的分布和含量,幫助了解細胞和組織的表型特征 。例如通過檢測細胞內脂質的拉曼信號,可以分析細胞的代謝狀態,進而研究與代謝相關的表型變化。
生物分子檢測與定量
利用受激拉曼散射顯微鏡和灌注細胞培養系統對活細胞中藥物動力學進行時間成像
超快受激拉曼散射顯微成像系統(SRS)可以檢測和定量分析生物分子,如特定蛋白質的表達水平、核酸的結構變化等。通過測量這些分子的拉曼光譜特征,為表型組學研究提供分子層面的信息,有助于揭示基因表達與表型之間的關系。
疾病診斷與表型分析
脂質在癌細胞中累積
腫瘤邊緣檢測
在疾病研究中,超快受激拉曼散射顯微成像系統(SRS)可用于分析疾病狀態下細胞和組織的表型變化,輔助疾病的早期診斷和分類。比如腫瘤組織與正常組織在生化成分上存在差異,該成像系統可以檢測到這些差異,為腫瘤的診斷和治療提供依據。
發育生物學研究
可用于跟蹤生物體在發育過程中的細胞和組織表型變化,了解發育過程中的分子機制和細胞行為。例如觀察胚胎發育過程中細胞的分化和組織的形成,以及相關基因表達變化導致的表型改變。
表型影像學
高分辨率成像
該系統可提供高分辨率的圖像,能夠清晰地顯示細胞和組織的微觀結構,有助于觀察表型特征的空間分布。例如在神經科學研究中,可以用于觀察神經元的形態和連接,以及神經退行性疾病中神經元表型的變化。
實時動態成像
可實現對細胞和組織的實時動態成像,跟蹤表型變化的過程。比如在細胞遷移、分化等過程中,實時觀察細胞表型的動態改變,為研究細胞行為和表型調控機制提供直觀的信息。
多維度成像
透明化組織三維成像
除了提供二維圖像外,還可以通過技術擴展實現三維成像,甚至可以結合時間維度,形成四維成像,全面地呈現表型特征的時空變化。
非侵入性成像
小鼠脊髓脫髓鞘和髓鞘再生受激拉曼成像
SRS 成像通常不需要對樣品進行復雜的預處理或標記,對生物樣本的損傷較小,可用于活體生物的表型影像學研究,如在活體動物或人體中進行組織器官的表型觀察,有助于研究疾病的發生發展過程和藥物療效評估。
分子影像學
分子水平成像
該成像系統可直接探測生物體內的分子事件和分子相互作用,實現分子水平的成像。例如觀察藥物分子與靶點分子的結合過程,以及基因表達產物在細胞內的分布和動態變化,為理解疾病的分子機制提供直接的可視化證據。
特異性成像
活細胞生物正交化學成像:
受激拉曼光譜振動探針的散射顯微鏡
通過選擇合適的拉曼探針或利用生物分子自身的拉曼信號,可以實現對特定分子的特異性成像。比如針對腫瘤細胞表面的特定標志物設計拉曼探針,實現腫瘤細胞的特異性識別和成像,有助于腫瘤的早期診斷和精準治療。
定量分析
利用模擬拉曼光譜評估二維和三維細胞環境中的藥物吸收和反應差異
超快受激拉曼散射顯微成像系統(SRS)可對成像區域內的分子進行定量分析,測量分子的濃度、數量或活性等參數。例如通過測量藥物在體內的分布和代謝情況,為藥物研發和治療方案的制定提供重要數據支持。
多模態成像融合
可以與其他影像學技術如熒光成像、PET 成像等結合,實現多模態成像融合,充分發揮各種成像技術的優勢,提供更全面、準確的信息。例如將超快受激拉曼散射顯微成像(SRS)與 PET 成像結合,同時獲取生物體內分子的結構和功能信息,有助于更深入地研究疾病的發生發展機制和進行精準診斷 。
受激拉曼散射光譜成像技術具有無標記、非侵入性、高靈敏度、高分辨率、可定量分析及實時動態監測等先進性,在生物醫學、材料科學、化學等多領域的基礎研究、疾病診斷與治療、藥物研發、材料表征與質量控制等方面具有重大意義,在推動各學科的發展與技術創新方面,具有強大的應用價值與潛力。
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