Point-of-Care con Raman: Rilevamento di cancro, infezioni e altro ancora

25 mar 2024

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L’industria medica è una nuova frontiera per la spettroscopia Raman. Negli ultimi anni, Raman è stato utilizzato negli studi dentistici e sul cancro e ora si sta basando su questo successo estendendolo alle applicazioni Point-of-Care (POC). Questo articolo offre una panoramica di alcune ricerche molto nuove ed entusiasmanti sull'uso della spettroscopia Raman per il rilevamento di tessuto canceroso, biomarcatori di malattie e agenti patogeni che causano malattie.

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Rilevazione di infezioni ossee con uno spettrometro Raman portatile
Spettroscopia Raman per la rilevazione del cancro
Spettroscopia Raman tradizionale nella valutazione del cancro al seno
SERS per il rilevamento e la misurazione dei biomarcatori del cancro del pancreas
Test rapido Point-of-Care (POC) per il rilevamento a livello di femtogramma di COVID-19
Immunofenotipizzazione multiplex di cellule del sangue e del cancro al seno con spettroscopia Raman
Facile rilevamento degli enzimi con l'effetto elettrochimico SERS

Rilevazione di infezioni ossee con uno spettrometro Raman portatile

Le complicanze derivanti dall’infezione rappresentano un problema serio per l’uso di innesti ossei umani nella chirurgia muscolo-scheletrica. Lo Staphylococcus epidermidis e lo Staphylococcus aureus sono i colpevoli più comuni delle infezioni legate alle ossa e il trattamento di questi batteri è estremamente difficile.

Spettroscopia Raman per la rilevazione del cancro

Gli spettri dell’“impronta digitale molecolare” di Raman possono essere abbastanza sensibili da rilevare i cambiamenti chimici che accompagnano la malattia. Gli spettrometri Raman compatti possono aiutare i chirurghi a valutare i tumori durante le procedure chirurgiche per un processo decisionale più rapido. Esempi di applicazione per il cancro al seno e cancro al pancreas sono discussi di seguito.

Spettroscopia Raman tradizionale nella valutazione del cancro al seno

Quando si sospetta un cancro al seno, in genere è necessario un intervento chirurgico per la biopsia e un secondo per la rimozione dei tumori maligni. La capacità di valutare i tessuti sospetti durante l'intervento chirurgico preliminare consente la rimozione immediata, se necessario. Il vantaggio per il paziente e per l’industria medica è inestimabile e la ricerca suggerisce che la spettroscopia Raman potrebbe essere in grado di soddisfare questa esigenza per alcuni tipi di cancro.

La spettroscopia Raman è sufficientemente sensibile da rilevare i cambiamenti nei tessuti derivanti da molti tipi di cancro. Ad esempio, ci sono differenze molto sottili negli spettri Raman rispetto al tessuto mammario sano e ai tumori maligni. I ricercatori del Regno Unito hanno utilizzato un dispositivo da laboratorio i-Raman ad alta risoluzione (Figura 1) e strumenti multivariati, tra cui la PCA, per discriminare con successo i tessuti sani da quelli cancerosi [2].

SERS per il rilevamento e la misurazione dei biomarcatori del cancro del pancreas

La SERS (spettroscopia Raman con miglioramento della superficie) può essere una soluzione quando Raman non è l'ideale per l'analisi. Questo potrebbe verificarsi in situazioni in cui il target esiste in una matrice di campione complessa o a causa della fluorescenza delle molecole a base di carbonio. Il SERS potenzia il segnale Raman, ma non il segnale di fluorescenza concorrente. Inoltre, l'effetto SERS consente il rilevamento sensibile degli analiti a livelli di mg/l, a volte fino a µg/l. Infine, i picchi SERS sono netti e ben definiti, consentendo un rilevamento e un'identificazione efficienti degli analiti target.

Per ulteriori informazioni su SERS, leggi il nostro precedente post sul blog su questo argomento.

Raman vs SERS… Qual è la differenza?

Il cancro al pancreas è mortale, in parte perché è difficile da diagnosticare. Tuttavia, esistono alcuni biomarcatori presenti a livelli elevati nel 75% circa dei casi positivi [3]. Questi possono essere rilevati con test di immunoassorbimento enzimatico (ELISA), che misurano una varietà di biomarcatori, inclusi anticorpi, antigeni e proteine.

In una tecnica emergente, uno spettrometro da laboratorio i-Raman è stato utilizzato presso l’Università dello Utah per l’analisi SERS insieme all’ELISA per rilevare un antigene associato al cancro del pancreas [2]. Il segnale SERS è stato generato da una molecola reporter complessata sia con una nanoparticella d'oro che con l'analita bersaglio in un dosaggio immunologico altrimenti classico a flusso laterale o «sandwich» (Figura 2). Si tratta di una tecnica incredibilmente accurata, che consente il rilevamento molto sensibile – con potenziale di quantificazione – del biomarcatore di interesse.

Test rapido Point-of-Care (POC) per il rilevamento a livello di femtogramma di COVID-19

Immunofenotipizzazione multiplex di cellule del sangue e del cancro al seno con spettroscopia Raman

Un altro studio ha utilizzato MIRA DS per valutare un sistema ELISA portatile basato su SERS per l’immunofenotipizzazione di diversi tipi di superfici cellulari del sangue e del cancro al seno [5]. La distinzione tra cellule sane e malate e il rilevamento di più biobersagli in un campione può supportare il trattamento informato di diversi tipi di cancro al seno.

Questo test aveva "specificità, sensibilità e ripetibilità per... immunofenotipizzazione in diversi tipi di cellule [utilizzando] un volume di campione di analisi più piccolo rispetto ai convenzionali... test immunologici multiplex," ed era meno "dispendioso in termini di lavoro e tecnicamente semplice da eseguire." Gli autori hanno elogiato Orbital Raster Scan di MIRA per aver migliorato la sensibilità del loro test attraverso un’area di interrogazione più ampia e misurazioni mediate spazialmente.

I tradizionali test di flusso in multiplexing possono essere limitati dalla disponibilità di coloranti colorati diversi e dall'interpretazione dei risultati. Sono anche associati a una grande impronta di laboratorio. Al contrario, questo metodo basato sulla spettroscopia Raman portatile offre il potenziale per risultati POC accurati con tempi rapidi dal campione al risultato, capacità di multiplexing e uno strumento molto compatto.

Facile rilevamento degli enzimi con l'effetto elettrochimico SERS

Conclusione

La tecnologia Raman viene realmente utilizzata in modi innovativi. Gruppi di ricerca in tutto il mondo stanno sfruttando i suoi considerevoli vantaggi – tra cui sensibilità, rilevamento di tracce, fattore di forma ridotto e risultati rapidi – per rilevare tessuti cancerosi, biomarcatori di malattie e agenti patogeni che causano malattie. I risultati sono incredibilmente entusiasmanti e promettenti!