医療業界はラマン分光法の新たなフロンティアです。近年、ラマンは歯科や癌の研究に利用されており、その成功はポイントオブケア (POC) アプリケーションにも拡大しています。
この記事では、使用に関するいくつかの新しい興味深い研究の概要を紹介します。 ラマン分光法 悪性組織、疾患バイオマーカー、疾患を引き起こす病原体を検出するため。
携帯型ラマン分光計による骨感染症の検出
筋骨格外科手術で人骨移植を使用する場合、感染による合併症は深刻な懸念事項です。骨関連の感染症は、通常、 表皮ブドウ球菌 そして 黄色ブドウ球菌効果的に治療することが困難です。
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移植材料上のブドウ球菌を検出し、健康な骨と病気の骨を区別することは、どちらも感染を防ぐ上で重要です。
実験室での培養は結果が出るまでに通常 7 ～ 10 日かかり、輸送中や検査中に汚染される可能性があります。陽性の場合、患者は遡及的に大量の抗生物質で治療する必要があります。
現場での分析は、外科チームがその場で骨の病変を検出し回避できるため、この問題に対する理想的な解決策です。
オーストリアの研究グループは最近、携帯型MIRAラマン分光計を使用して、健康な骨サンプルと感染した骨サンプル、および2種類のブドウ球菌株を区別することに成功したことを実証しました。1
彼らの方法は、リン酸、アミド、コラーゲンの指紋ラマンバンド、およびそれらのさまざまな強度とピーク幅の比率を分析して、健康な骨と病気の骨を区別しました。主成分分析 (PCA) により光学分析が容易になり、ブドウ球菌株をより正確に区別するために使用されました。
オーストリアのグループは、MIRAの軽量、小型、電池駆動の設計と、ラマン分光法では最小限のサンプル準備で迅速に結果が得られる点を高く評価しました。検査には小さな骨サンプルのみが必要です。 現地 手術中に検査を行い、手術室で直接迅速かつ正確な結果を提供します。
がん検出のためのラマン分光法
ラマンの分子指紋スペクトルは、病気に関連する化学変化を特定できるほど感度が高いため、コンパクトなラマン分光計は外科医が外科手術中に腫瘍を検査するのに役立ち、迅速な意思決定を可能にします。
乳がんと膵臓がんへの応用例を以下のセクションで紹介します。
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乳がん評価における従来のラマン分光法
乳がんが疑われる場合、通常は生検のための手術と、がん性腫瘍の除去のための手術が必要になります。予備手術中に疑わしい組織を分析できるため、必要に応じてすぐに除去することができます。
患者と医療分野へのメリットは計り知れず、研究によれば、ラマン分光法は一部のがんに対するこの需要を満たすことができる可能性があることが示されています。
ラマン分光法は、さまざまな種類の癌によって引き起こされる組織の変化を検出するのに十分な感度を持っています。たとえば、 ラマン 健康な乳房組織と悪性腫瘍からのスペクトル。
英国の研究者らは、高解像度の i-Raman 実験装置 (図 1) と PCA を含む多変量手法を使用して、健康な組織と癌組織を区別することに成功しました。2
図1。 Metrohm の i-Raman Prime 785S ポータブル ラマン分光計。画像提供: Metrohm Middle East FZC
膵臓癌バイオマーカーの検出と測定のためのSERS
サーズ (表面増強ラマン分光法) は、ラマンが分析に適していない場合に最適なオプションです。これは、ターゲットが複雑なサンプル マトリックス内に存在する場合や、炭素ベースの分子の蛍光による場合などに当てはまります。SERS はラマン信号を改善しますが、競合する蛍光信号は改善しません。
SERS 効果により、mg/L レベル、場合によっては µg/L レベルの分析対象物質を高感度に検出できます。最後に、SERS ピークはシャープで明確に定義されているため、対象分析対象物質を効果的に検出および識別できます。
膵臓がんは、診断が難しいこともあり、致命的です。しかし、陽性症例の約 75 % で、いくつかのバイオマーカーのレベルが上昇していることがわかっています。3 これらは、抗体、抗原、タンパク質などのさまざまなバイオマーカーを検査する酵素結合免疫吸着測定法 (ELISA) を使用して検出できます。
新しい技術として、ユタ大学では、i-Raman 実験室分光計を SERS 分析に使用し、ELISA と組み合わせて膵臓がんに関連する抗原を特定しました。2
SERS 信号は、標準的なラテラルフローまたはサンドイッチ免疫測定法で金ナノ粒子と標的分析物の両方と複合したレポーター分子によって生成されました (図 2)。この極めて正確な技術により、対象のバイオマーカーの高感度検出と定量化が可能になります。
図2. 表面増強ラマン分光法（SERS）により、膵臓がんに関連する抗原の検出が可能。画像提供：メトローム・ミドル・イーストFZC
COVID-19をフェムトグラムレベルで検出する迅速なポイントオブケア（POC）アッセイ
ワイオミング大学の研究者らは、代替のELISA技術を使用して、COVID-19感染に関連する抗原バイオマーカーを検出しました。4 この研究では、磁性ナノ粒子支持アッセイを使用して、溶液中の標的バイオマーカーを濃縮し、その後MIRA XTRでSERS検出を行いました（図3）。
このアッセイは、感度、溶媒と唾液サンプルの両方との適合性、新しいウイルス変異体への適応性、および非常に感度の高いポイントオブケアCOVID-19診断の点で、市販のラテラルフローアッセイを上回りました。
ラテラルフロー免疫測定法は、比較的迅速に結果を生成します。ただし、ナノグラムレベルの検出しか行えず、定量化の制限があります。対照的に、SERS ベースの ELISA はフェムトグラム単位の抗原に感度があり、市販の携帯型ラマン装置を使用して現場で迅速に結果を提供します。
図3. メトロームの携帯型ラマン分光計、MIRA XTR。画像提供: Metrohm Middle East FZC
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、さまざまな種類の赤血球および乳がん細胞表面の免疫表現型を解析するためのポータブル SERS ベースの ELISA をテストしました。5 健康な細胞と病気の細胞を区別し、単一のサンプルで複数のバイオターゲットを検出することで、さまざまな種類の乳がんの情報に基づいた治療に役立ちます。
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このアッセイは、従来のマルチプレックス免疫アッセイよりも少ない分析サンプル量で、多様な細胞タイプの免疫表現型解析において、より高い特異性、感度、再現性を実証しました。また、労力も少なく、技術的にも実行が容易でした。
著者らは、より広い領域を調査し、空間的に平均化された測定を行うことで分析の感度を高めたMIRAの軌道ラスタースキャンを賞賛した。
従来の多重フローテストは、異なる色の染色剤が利用できるかどうか、また結果の解釈が限られているため、制限を受ける場合があります。また、実験室の占有面積も大きくなります。
比較すると、ハンドヘルド ラマン分光法に基づくこのアプローチは、サンプルから結果までの時間が短く、多重化機能があり、非常にコンパクトな装置で、正確な POC 結果を生成できる可能性があります。
電気化学SERS効果による酵素の容易な検出
生体分子の特性を評価するための非常に異なる SERS 法が Metrohm によって報告されました。6
電気化学的 SERS (EC-SERS) では、銀電極 (Ag SPE) の SERS 特性の電気化学的活性化と、それに続くサンプルの分光検出 (SPELECRAMAN638 を使用、図 4) という 2 つの実験を同時に実行できます。
SERS基板は 現場で 銀電極（スクリーン印刷と従来型の両方）から。
これは、分析対象物が存在する状態で、ラマン分光法で継続的に検査しながら実行され、SERS 活性種の検出を最適化します。638 nm 励起により、サンプルの損傷や蛍光のリスクを最小限に抑えながら、強力な SERS 効果が得られます。
アルデヒド脱水素酵素 (ALDH) のような酵素の構造 (および病気におけるその役割) は、病気を理解する上で役立ちます。
EC-SERS を使用することで、応用科学者は、溶液中の ALDH のこれまで報告されていなかった指紋ラマンバンドを特定しました。同様に、シトクロム C の酸化還元状態は、細胞膜を介した電子輸送に関する情報を明らかにします。7
EC 実験中、シトクロム C は酸化状態と立体配座状態を変化させ、これらの酸化還元状態は区別可能な SERS スペクトルを持ちます。
図4. Metrohm の SPELECRAMAN638 装置は、638 nm レーザーを使用して分光電気化学ラマン測定を実行します。画像提供: Metrohm Middle East FZC
結論
世界中の研究チームがラマン技術を革新的な方法で活用しています。微量検出、高感度、コンパクトサイズ、迅速な結果などの利点を活かして、この技術は、特定の分野で大きな進歩を遂げています。 癌組織病気のバイオマーカーを検出し、病気を引き起こす病原体を正確に特定します。これらのアプリケーションの結果は、刺激的で有望です。
参考文献
メトローム・ミドルイーストFZCについて
メトローム ミドルイースト FZC は、スイスのメトロームAGの子会社で、アラブ首長国連邦のシャルジャ空港国際フリーゾーンにあります。メトロームの製品範囲には、水、石油化学、製薬、食品および飲料、環境分析、化学分析、研究開発、教育機関、下水処理など、さまざまな業界セグメント向けのラボ機器とオンライン分析装置の両方が含まれます。
MME には、製品管理、サービス、アプリケーション サポートを専門とする、十分に訓練された知識豊富で経験豊富なチームがいます。販売代理店へのサポートに加え、MME は、オンサイトまたは世界クラスの地域サポート センターで、お客様への直接サポートとトレーニングも提供しています。
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2024-06-07 10:24:00