利用无标记表面增强拉曼光谱技术评估光动力疗法的全球细胞药理学效应

《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》：Evaluating the global cellular pharmacological effects of photodynamic therapy using label-free surface-enhanced Raman spectroscopy

　　

朱青霞|周青|王世伟|袁永芳|卢峰

上海海军医科大学药学院，中国上海200433

摘要

光动力疗法（PDT）作为一种新兴的癌症治疗方法受到了广泛关注，但由于对其作用机制了解不足、疗效评估延迟以及药物筛选效率低下，实时监测治疗过程中的肿瘤氧化应激仍然具有挑战性。本研究采用无标记动态表面增强拉曼光谱（D-SERS）技术来评估PDT的细胞药理效应，从而实现了基于机制的药物分类。无标记D-SERS技术用于实时监测人类黑色素瘤细胞在PDT治疗过程中的光谱变化，区分了诱导细胞凋亡（A型）和诱导细胞坏死（B型）的光敏剂。A型光敏剂在652、742、828和1000 cm?1波长处的拉曼峰强度随浓度增加而增强，而B型光敏剂则没有这种趋势。通过分析DNA、脂质和氨基酸的峰比，可以明确将受这些光敏剂处理的细胞分为两类（A型和B型）。此外，D-SERS技术还被用于研究B型光敏剂5-ALA与血红素加氧酶-1（HO-1）调节剂的相互作用，验证了相关的酶调控机制。本研究为基于光谱机制的光敏剂和酶调节剂筛选提供了概念验证模型，有助于优化PDT疗效和靶向药物开发。

部分摘录

表面增强拉曼散射（SERS）是一种灵敏的方法，可用于检测不同细胞类型的化学和生物学组成及其对医疗处理和环境变化的响应[1]、[2]、[3]。该方法可以揭示癌症的成因和影响因素，甚至可以发展成为一种高精度且无需接触的癌症诊断工具。类似地，该分析平台也可用于评估细胞膜、细胞质和细胞器中的物质。

培养24小时的A375细胞用磷酸盐缓冲盐水（PBS，Gibco Life Sciences）清洗三次，然后用消化胰蛋白酶处理3分钟。加入含有10%胎牛血清、DMEM培养基和1%青霉素的完全培养基（体积为消化酶溶液的两倍）以终止消化反应，随后将细胞吸出。再将细胞转移到15毫升离心管中，以1000×g的离心力离心5分钟。

如Yang等人[33]、[34]所提出的，D-SERS技术通过将纳米颗粒从湿润状态转变为干燥状态来进行SERS测量。我们之前的研究使用D-SERS技术诊断和评估了耐药性白色念珠菌[35]。本研究的目的是进一步发展这项技术，建立恶性人类MEL细胞的检测方法，并评估PDT的全球细胞药理效应。

实验过程中，细胞会对激光光产生反应。

D-SERS技术无需复杂的样品制备过程，同时保持了高灵敏度和重复性。无标记方法可以通过全面分析细胞变化来揭示对药物的简单响应，以及可能与药理效应和作用机制相关的更详细信息。这减少了药物评估或筛选过程中所需的实验次数。在本研究中，探讨了各种光敏剂和酶诱导剂/抑制剂对大分子的影响。

朱青霞负责数据整理、手稿撰写和编辑。周青在实验实施中发挥了重要作用。王世伟参与了数据分析部分实验。卢峰和袁永芳提出了研究思路并监督了整个项目。所有作者共同讨论了实验结果并对手稿进行了评论。

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：82273894）和上海医学园青年医学人才培训计划及上海航海计划（项目编号：23YF1422600）的支持。