基于光学镊子显微拉曼光谱技术的血小板活化动态研究及其在心血管疾病诊断中的潜在应用

本研究针对传统血小板检测方法耗时且易出现假阳性/假阴性结果的问题，开发了光学镊子显微拉曼光谱技术，成功实现了对单个活体血小板的捕获和活化状态监测。研究发现活化血小板中磷脂（1097 cm-1、1121 cm-1）和氨基酸（999 cm-1、1339 cm-1）特征峰强度显著升高，揭示了血小板活化过程中膜磷脂重排和糖蛋白表达的关键分子特征，为心血管疾病（CVDs）和阿尔茨海默病（AD）等疾病的早期诊断提供了新方法。

　　

在人体这个精密的生命系统中，血小板就像时刻待命的维修工，平时保持安静的圆盘状（discoid），一旦血管受伤就会迅速活化变形，伸出触手般的伪足（filopodia）进行止血。然而这个本应救命的机制有时会"过度反应"——异常活化的血小板会引发心血管疾病（CVDs）、阿尔茨海默病（AD）甚至癌症。传统诊断依赖流式细胞术和免疫标记，不仅成本高昂，还容易因抗体交叉反应产生假阳性。更棘手的是，血小板尺寸微小（仅2-3微米），在血流中快速移动，使得单细胞研究成为技术难题。

马尼帕尔高等教育学院的生物光子学卓越中心研究人员在《Scientific Reports》发表的研究中，首次将光学镊子与显微拉曼光谱联用，创建了"光学镊子显微拉曼光谱仪"。这项技术如同给科学家配上了"分子镊子"和"化学显微镜"，既能捕获单个活体血小板，又能读取其分子"指纹"。研究团队从35名捐赠者获取血小板富集血浆（PRP），通过优化激光功率（10 mW）和曝光时间（60秒），成功实现了对同一血小板活化前后的连续观测。

关键技术包括：1）自建光学镊子系统采用785 nm激光实现非接触捕获；2）显微拉曼光谱检测分子振动信号；3）凝血酶（thrombin）诱导的活化对照实验；4）主成分分析（PCA）进行光谱分类。研究特别设计了血小板添加剂溶液（PAS）悬浮样本，避免细胞聚集对检测的干扰。

【Raman band assignment of single live platelet】

研究首先建立了血小板拉曼特征谱库，识别出磷脂（1121 cm^-1 C-C反式伸缩）、苯丙氨酸（999 cm^-1 环呼吸振动）等关键分子标记。其中1445 cm^-1（CH₂弯曲）和1653 cm^-1（酰胺I带）信号最强，为活化监测提供了理想指标。

【Microscopic images of inactive and active platelets】

显微图像清晰显示：静息血小板保持盘状（图3a），而活化血小板变为球形并产生伪足（图3b），这种形态变化与拉曼光谱变化具有高度相关性。

【Comparison of the Raman spectra of inactive and active platelets】

活化血小板显示磷脂特征峰强度普遍升高，如1121 cm^-1（升高23%）、1445 cm^-1（升高18%），证实膜磷脂从内叶向外叶的转位（translocation）。研究首次发现1264 cm^-1（磷脂/酰胺III）可作为新型活化标记物。

【Platelet activation induced by the external addition of thrombin】

凝血酶诱导实验证实，同一血小板活化后苯丙氨酸（999 cm^-1）和酪氨酸（642 cm^-1）信号增强，这与表面糖蛋白（CD62、CD63）表达增加直接相关。研究还捕捉到活化可逆现象——部分血小板会从球形恢复盘状。

【Principal component analysis】

PCA分析将970-1500 cm^-1设为特征区间，PC1和PC2成功区分活化/静息血小板（准确率>90%）。因子载荷图显示1121 cm^-1和1445 cm^-1贡献度最高，验证了磷脂重排的核心作用。

这项研究突破了传统血小板检测的技术瓶颈，首次实现无需标记的单细胞活体监测。发现的分子标记物为血栓性疾病早期诊断提供了新靶点，特别是1264 cm^-1新特征的发现为药物研发开辟了新方向。技术层面，35 mW/μm²的低功率设计确保细胞活性，6分钟内的检测可避免光损伤（photodamage）。该成果有望推动拉曼光谱技术进入临床检验领域，为个性化抗血小板治疗提供实时监测手段。