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光譜儀器研究進(jìn)展迅速，臨床轉(zhuǎn)化仍需突破三大難關(guān)

發(fā)布時(shí)間：2024-06-03 來(lái)源：AI智醫(yī)網(wǎng) 瀏覽量： 字號(hào)：【加大】【減小】 手機(jī)上觀看

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多年來(lái)，由于我國(guó)實(shí)驗(yàn)室儀器及設(shè)備行業(yè)起步較晚，導(dǎo)致在研發(fā)技術(shù)、質(zhì)量和規(guī)模等方面與國(guó)際大型企業(yè)存在一定差距。尤其在高端分析儀器領(lǐng)域，對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品的依賴較大。然而，近年來(lái)，在國(guó)家政策的支持和鼓勵(lì)下，國(guó)產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室儀器及設(shè)備制造商迎來(lái)了前所未有的發(fā)展機(jī)遇，整個(gè)行業(yè)呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。

光譜儀器在臨床實(shí)踐中的應(yīng)用潛力和價(jià)值已得到廣泛認(rèn)可。它不僅可以快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)生物樣本中的特定成分，還能夠有效監(jiān)測(cè)疾病進(jìn)展和治療效果，為醫(yī)生提供決策支持，幫助制定更加精準(zhǔn)的治療方案。
2024年5月10日，在VBEF未來(lái)醫(yī)療生態(tài)展會(huì)的實(shí)驗(yàn)室儀器及設(shè)備分論壇上，中國(guó)科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所的研究員、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃首席科學(xué)家宋一之進(jìn)行了題為《光譜儀器的臨床應(yīng)用進(jìn)展與挑戰(zhàn)》的主題演講。
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拉曼光譜技術(shù)受到關(guān)注

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光譜是指復(fù)色光通過(guò)色散系統(tǒng)（如棱鏡或光柵）分光后，被色散出的單色光按波長(zhǎng)或頻率順序排列的圖案，通常稱為光學(xué)頻譜。我們主要關(guān)注的光譜波長(zhǎng)范圍包括紫外光、可見(jiàn)光和紅外光區(qū)域。根據(jù)與輻射相互作用的物質(zhì)成分不同，光譜可分為分子光譜和原子光譜兩大類。分子光譜包括吸收光譜、發(fā)射光譜、熒光光譜和散射光譜。近年來(lái)，光譜技術(shù)在臨床領(lǐng)域的研究迅猛發(fā)展，相關(guān)研究文章數(shù)量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。其中，拉曼光譜和近紅外光譜尤為引人關(guān)注。
近些年，紅外光譜在臨床診斷中的應(yīng)用發(fā)展迅速。中科院田捷團(tuán)隊(duì)開發(fā)的集成可見(jiàn)光和近紅外I/II多光譜成像儀器，首次實(shí)現(xiàn)了肝癌在體近紅外II區(qū)成像。近紅外II區(qū)成像在成像清晰度、操作簡(jiǎn)便性及腫瘤檢測(cè)率等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。
拉曼光譜作為一種散射光譜技術(shù)，能夠反映細(xì)胞中的糖、脂肪、蛋白質(zhì)和核酸等多種化學(xué)指紋信息，結(jié)合同位素標(biāo)記技術(shù)，能顯示細(xì)胞的代謝狀態(tài)和功能。同時(shí)，拉曼光譜適用于無(wú)損或低損檢測(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)原位和實(shí)時(shí)檢測(cè)，在臨床診斷中具有重要價(jià)值。
我們團(tuán)隊(duì)研發(fā)的顯微共聚焦拉曼光譜儀，結(jié)合CT結(jié)構(gòu)的單色儀和共聚焦系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)高光譜分辨率的熒光譜采集及層掃空間分辨率的檢測(cè)。這項(xiàng)技術(shù)在腫瘤組織檢測(cè)和無(wú)創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)方面展現(xiàn)出巨大潛力，我們也高度關(guān)注其在病原微生物檢測(cè)中的應(yīng)用。
微生物耐藥性是目前全球公共健康領(lǐng)域面臨的重大挑戰(zhàn)。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的預(yù)測(cè)，抗生素耐藥相關(guān)死亡已成為僅次于缺血性心臟病和中風(fēng)的全球第三大死亡原因。抗生素耐藥對(duì)預(yù)防和治療日益嚴(yán)重的感染構(gòu)成了巨大威脅，“超級(jí)細(xì)菌”將不再是科幻情節(jié)。
目前，病原微生物的臨床檢驗(yàn)金標(biāo)準(zhǔn)流程仍大量依賴于病原微生物的培養(yǎng)和增殖，這個(gè)過(guò)程通常需要三到七天，而重癥患者可能一天都等不了。通過(guò)病原菌免培養(yǎng)拉曼鑒定藥敏分析技術(shù)，我們從鑒定和藥敏兩個(gè)環(huán)節(jié)入手，建立了拉曼光譜數(shù)據(jù)庫(kù)，并應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)或深度學(xué)習(xí)的識(shí)別算法，實(shí)現(xiàn)快速鑒定病原體和判斷抗生素有效性，希望能夠大幅縮短臨床檢測(cè)時(shí)間。
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光譜技術(shù)的臨床應(yīng)用仍有挑戰(zhàn)

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盡管光譜技術(shù)在臨床研究中已經(jīng)取得了顯著進(jìn)展，但其實(shí)際應(yīng)用于臨床的產(chǎn)品仍然有限?？茖W(xué)儀器在臨床應(yīng)用中面臨諸多挑戰(zhàn)。
首先是儀器的重復(fù)性和可靠性問(wèn)題。在科研環(huán)境中，對(duì)重復(fù)性和可靠性的要求通常不如臨床環(huán)境嚴(yán)格。然而，在臨床環(huán)境中，這些指標(biāo)至關(guān)重要。許多企業(yè)在面對(duì)臨床需求時(shí)，可能還沒(méi)有充分準(zhǔn)備好，因此需要進(jìn)一步提高儀器的可靠性。
其次是自動(dòng)化程度的問(wèn)題。科研儀器的自動(dòng)化程度往往未達(dá)到臨床使用的標(biāo)準(zhǔn)。例如，我過(guò)去使用某個(gè)儀器時(shí)，需要操作三個(gè)不同的軟件來(lái)分別控制光源、探測(cè)器和計(jì)時(shí)器。對(duì)于科研人員來(lái)說(shuō)，這或許可以接受，但對(duì)于臨床人員來(lái)說(shuō)則不可行。我們的光譜儀器必須能夠自動(dòng)識(shí)別細(xì)胞位置、自動(dòng)采集光譜并進(jìn)行自動(dòng)分析，這對(duì)于臨床應(yīng)用至關(guān)重要。
最后是數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的問(wèn)題。光譜類儀器的靈敏度非常高，分辨率可能達(dá)到零點(diǎn)幾納米甚至更高，任何微小的波動(dòng)都可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的判斷結(jié)果。目前，我們正在致力于解決如何將不同實(shí)驗(yàn)室、不同廠家的設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的問(wèn)題，以確保在臨床上能夠得出可靠的結(jié)果。
為了克服這些挑戰(zhàn)，我們需要進(jìn)一步提高儀器的可靠性，實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化，并解決數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題。未來(lái)，期待光譜儀器能夠在臨床上取得更大突破，為醫(yī)療診斷提供更準(zhǔn)確的工具，造福更多患者。


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