利用光声光谱技术评估胶原酶A及II型胶原酶对人类I型胶原的降解作用，及其在癌症进展研究中的临床应用潜力

《Scientific Reports》：Assessing collagenase-a and type-II mediated degradation of human type-I collagen by photoacoustic spectroscopy toward clinical translation in cancer progression

　　

摘要

本研究介绍了一种紧凑型光声传感器的设计与开发，该传感器可用于无标记检测胶原蛋白降解情况，而胶原蛋白降解是肿瘤相关基质重塑的重要特征。通过使用I型人类胶原蛋白，并在A型胶原酶和II型胶原酶作用下进行可控的酶解处理，以模拟胶原蛋白不同降解阶段（完整状态、轻度降解状态以及严重降解状态），进而记录相应的光声光谱，以此评估传感器的性能。对光声光谱的分析显示，随着处理方式的改变，光谱特征出现差异，从对照组到经A型胶原酶和II型胶原酶处理的样本，信号强度逐渐增强。完整状态的胶原蛋白产生的光声响应相对较弱，而经胶原酶处理的样本则显示出信号幅度的变化，这与其胶原蛋白结构被酶破坏是一致的。基于光梯度提升机的光声光谱分析表明，在本研究所评估的实验条件下，分类准确率可达约98%。此外，紫外-可见光谱、荧光光谱、动态光散射以及扫描电子显微镜实验分别显示出吸收强度的变化、发射峰的位置偏移、水动力尺寸的逐渐减小以及表面形态的改变，这些均表明胶原蛋白正在逐步降解。为了初步了解该传感器在复杂生物环境中的性能，还在新切除的小鼠结肠、胰腺和脾脏组织中进行了初步的光声测量，结果发现光谱存在组织依赖性差异，且通过多元分析可观察到一定的聚类现象。总体而言，这些研究结果表明，该光声传感器有望作为一种无标记分析工具，用于监测胶原蛋白重塑及相关细胞外基质的变化。