ラマン分光法を用いたポイントオブケア：がん、感染症などの検出

2024/03/25

記事

医療産業はラマン分光法にとって新たなフロンティアです。過去数年間、ラマンは歯科やがん研究で使用されてきましたが、今ではこの成功を拡大し、診療所での応用に取り組んでいます。この記事では、がん組織や疾患のバイオマーカー、病気の原因となる病原体の検出にラマン分光法を使用した、新しくエキサイティングなする研究について概説しています。

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ハンドヘルドラマン分光計による骨感染の検出
ガン検出のためのラマン分光法
乳がん評価のける従来のラマン分光法
すい臓がんバイオマーカーの検出と測定のためのSERS
COVID-19のフェムトグラムレベルの迅速な診療所内検出法（POC）
ラマン分光法による血液および乳がん細胞の多重免疫表現型解析
電気化学-SERS効果による酵素の簡単な検出法

ハンドヘルドラマン分光計による骨感染の検出

感染からの合併症は、整形外科手術における人工骨移植の使用にとって深刻な問題です。表皮ブドウ球菌と黄色ブドウ球菌は、骨に関連する感染症で最も一般的な原因菌であり、これらの細菌の治療は非常に困難です。

癌検出のためのラマン分光計

ラマンの「分子の指紋」スペクトルは、病気に伴う化学変化を検出するのに十分な感度を持つことがあります。コンパクトなラマン分光計は、外科医が手術中に腫瘍を評価し、迅速な意思決定を行うのに役立ちます。乳がんや膵臓がんの応用例については、以下のセクションで議論されています。

乳がん評価における伝統的なラマン分光法

乳がんが疑われる場合、通常は1回の手術が生検のために必要で、2回目は悪性腫瘍の切除のために行われます。予備手術中に疑わしい組織を評価する能力があれば、必要に応じて即座に切除することができます。これにより、患者と医療業界にとっての利益は計り知れないものがあります。そして、研究によると、ラマン分光法が一部のがんの種類に対してこのニーズを満たす可能性があるとされています。

ラマン分光法は、多くの種類のがんによって引き起こされる組織の変化を検出するほど感度が高いです。例えば、健康な乳房組織と悪性腫瘍との間には、非常に微妙な違いがラマンスペクトルに見られます。英国の研究者たちは、高解像度のi-Raman実験装置（図1）や、PCAを含む多変量ツールを使用して、健康な組織とがん組織を成功裏に識別しました。

膵臓がんバイオマーカーの検出と測定のためのSERS

SERS（表面増強ラマン分光法）は、ラマンが分析に最適でない場合の解決策となり得ます。これは、対象物が複雑なサンプルマトリックス中に存在する場合や、炭素ベースの分子の蛍光の影響による場合があります。SERSはラマン信号を増強しますが、競合する蛍光信号を増強しません。また、SERS効果により、ミリグラム/リットルのレベルでの分析物の感度が向上し、場合によってはマイクログラム/リットルまで下がります。最後に、SERSピークは鋭く、よく定義されており、目標の分析物を効率的に検出および識別することができます。

SERSについて詳しく知りたい場合は、当社の以前のブログ投稿をご覧ください。

ラマン対SERS... 違いは何ですか？

膵臓がんは致死的であり、その一因は診断が難しいためです。しかし、陽性例の約75％で高レベルに存在するいくつかのバイオマーカーがあります。これらは、抗体、抗原、およびタンパク質を含むさまざまなバイオマーカーを測定する酵素連結免疫吸収法（ELISA）で検出できます。

新興の手法では、ユタ大学でi-Raman実験室分光計が使用され、ELISAと組み合わせて膵臓がんに関連する抗原を検出するためのSERS分析に使用されました。SERS信号は、ゴールドナノ粒子と目標の分析物の両方に結合した報告蛍光分子から生成されました。これは、非常に精度の高い技術であり、興味の対象となるバイオマーカーの非常に感度の高い検出および量化の可能性を提供します。

COVID-19のフェムトグラムレベルの迅速なポイントオブケア（POC）アッセイ

ラマン分光法による血液および乳がん細胞の多重免疫表現型解析

別の研究では、MIRA DSを使用して、異なる種類の赤血球と乳がん細胞表面の免疫表現型を評価するための携帯用SERSベースのELISAが行われました。健康な細胞と病気の細胞の区別や、1つのサンプル中で複数のバイオターゲットの検出は、さまざまな種類の乳がんの情報を得た治療をサポートできます。

このアッセイは、「従来の...多重免疫アッセイと比較して、より小さな解析サンプル量を使用して異なる細胞タイプの免疫表現型解析において特異性、感度、および再現性を有し、労力が少なく技術的にも直感的である」とされています。著者は、MIRAの軌道ラスタースキャンを通じて、より大きな対象領域と空間的に平均化された測定を介して、彼らのアッセイの感度を向上させる点を称賛しました。

従来の多重フローアッセイは、さまざまな色の染料の利用可能性や結果の解釈によって制限されることがあります。また、大規模な実験室のスペースを必要とします。それに対して、携帯用ラマン分光法に基づくこの方法は、正確なPOC結果を迅速に得る可能性を提供し、多重化能力を持ち、非常にコンパクトな機器です。