应用 | 儿童难治性癫痫手术新突破！拉曼光谱“分子雷达”让病灶无处可藏

拉曼光谱技术

给细胞拍一张
“化学身份证”

拉曼光谱技术的原理，是通过激光照射组织，检测细胞分子振动产生的独特光谱信号—每个细胞的“分子指纹”。无需染色或标记，即可区分正常神经元与病变细胞，甚至识别FCD的不同亚型。

图1：对拉曼显微镜采集的活检样本的示意图 统计分析和分类模型

Trang Tran团队通过共聚焦拉曼显微镜结合亮场成像与病理切片，精准定位单个异常神经元（如异形神经元、气球细胞）；基于1420个单细胞光谱数据，利用支持向量机（SVM）模型提取13个关键分子特征（如蛋白质、核酸峰值差异），成功构建高精度分类系统。该技术以96%的准确率区分FCD病变与正常脑组织（敏感度100%、特异性95%），并以92%的准确率区分FCD IIa与IIb亚型，为术中实时识别病灶边界及个体化治疗提供了革命性工具。

图2：正常大脑的拉曼光谱与发育不良组织的拉曼光谱比较 sis.(a)正常神经元、(c)畸形神经元，(b)靶点位置 拉曼显微镜下的正常神经元，以及(d)畸形神经元。(e)平均光谱 来自FCD II型（红色）和正常大脑（蓝色）。(f)红色的FCD型IIa的平均光谱 蓝色为FCD型IIb型。比例尺-20μm。

图3：目标选择包括畸形神经元和网格映射扫描表示通过白色的网格。(a)和(b) Mirror H&E数字文件。比例尺-20μm。(c)和(d)映射神经通过数字观察器用拉曼显微镜组成。比例尺-80μm。(e)拉曼规范tra平均值和FCD与正常值的方差：蓝色的光谱是对照组织和FCDII组织为红色。(f)拉曼光谱平均值和FCDIIa与FCDIIb的方差：蓝色光谱为FCDIIa，红色的光谱为红色的FCDIIb。绿色的图标代表了激光器在特定区域的斑点瞄准，每个区域瞄准7到10个细胞。

研究团队成功破解了FCD病变细胞的“分子密码”。拉曼光谱分析显示，FCD细胞中苯丙氨酸（1002 cm?1）和胶原蛋白（852 cm?1）的峰值显著升高，揭示了病变区域存在异常蛋白聚集（Movasaghi et al., 2007）；

同时，核酸相关峰（758、827 cm?1）的差异提示基因调控异常可能与FCD的mTOR通路突变密切相关（Lim et al., 2015）。

此外，FCD IIb亚型因含有气球细胞，其脂质相关峰（1124 cm?1）强度更高，为术中实时区分亚型提供了特异性标志（Anand et al., 2017）。

作者Frédéric Leblond教授表示：“这项技术不仅提升了病灶检测精度，更首次从分子层面揭示了FCD的病理机制，未来或为开发靶向药物开辟新方向。”

技术创新

1.高灵敏度拉曼光谱成像系统

（1）采用785nm激光共聚焦显微镜，以40mW功率检测300-1800cm^-1光谱范围，单细胞分辨率达20μm；

（2）创新性使用铝载玻片基底，降低背景噪声，结合明场成像与H&E染色实现形态-分子双模态关联分析。

2.智能分析算法

(1)首创"高斯峰拟合-特征压缩"流程：从1024维原始光谱中智能提取24个特征峰，经L1-SVM压缩至13个关键生物标志物；

(2)构建七步预处理链：包括暗电流校正、SNV归一化、滚动球荧光消除等，数据可重复性达98%；

(3)开发双模型架构：分别用于FCD/正常组织鉴别（模型1）和IIa/IIb亚型分型（模型2）。

 宽场高分辨
显微共聚焦拉曼光谱仪

由自主研发设计生产的显微共聚焦拉曼光谱仪，内置多光谱仪具有可调焦距与高光谱分辨率，满足各种测量需求采用高灵敏度探测器，确保低光强下的高质量数据采集提供高空间分辨率和真正的共焦成像特性，显著提高图像清晰度支持多激发波长的自动切换，方便多样化样品分析配备多个探测器，提升数据采集速度与精度自动偏振功能，实现精确的偏振测量采用反射光路设计，支持宽光谱范围的有效测量光谱范围涵盖50~5000cm^-1。

参考文献

[1]来源：Tran, T., Dallaire, F., Sonnen, J., Cayrol, R., Leblond, F., & Dudley, R. W. R. (2025). Single-cell Raman spectroscopy detects pediatric focal cortical dysplasia. Biophotonics Discovery, 2(1), 015002. https://doi.org/10.1117/1.BIOS.2.1.015002