血清SERS在舌癌诊断中应用的实验研究

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目的:   舌癌是口腔癌中最常见的恶性肿瘤之一,其生存率和预后与临床分期密切相关。其早期表现多不被患者重视,确诊时大多已是中晚期。舌癌的确诊主要依靠病理检查,缺乏早期无创性筛查方法。血清中各种成分的改变,可以反映体内各种细胞、组织生理和病理的变化,而且,这种变化将远早于患者临床症状和体征的出现。而且血清容易获取,对病人几乎没有伤害。拉曼光谱技术具有非侵入性和低破坏性、即时性和高灵敏性等优点,可以从分子水平上研究生物大分子的结构和功能信息,对水的干扰作用小,尤其适合血清等含水生物样品的检测。因此,研究血清的拉曼光谱是寻求癌症早期诊断的一种重要方法。本研究通过建立舌癌大鼠动物模型,检测舌癌血清表面增强拉曼光谱(surface-enhanced Ramanspectrum,SERS)并结合多元统计分析方法探讨其成为无创性、快速、灵敏的舌癌筛查和早期诊断方法的可能性。   方法:   1、4NQO饮水法建立大鼠舌癌动物模型   15只雄性SD大鼠随机分为A、B两组,A组10只饲以0.002%4NQO水溶液24周后,改为饲以纯净水2周,B组5只SD大鼠饲以纯净水26周。第27周时,将所有大鼠禁食禁水12小时后处死,切取舌部由两名病理医师双盲观测进行病理诊断。   2、舌癌血清获取   所有大鼠处死后,经心室采血2ml-4ml,静置凝血后离心,提取上清获得血清样品,-20℃保存备用。   3、微波加热法制备银胶溶液   500ml浓度0.02%的硝酸银溶液微波加热至沸腾,滴加浓度1%的柠檬酸三钠溶液4ml,冷却后高速离心去除上清,加入去离子水反复冲洗沉淀,扫描电镜观察银粒子形态和大小。   4、样本准备与检测   根据病理诊断结果将血清样品分为舌癌组和对照组,再将每个血清样品分为三个样本,按1∶1体积比加入银胶溶液。设置拉曼光谱仪曝光时间10s,积分4次,50x物镜聚焦,光谱扫描范围450cm-1-1750cm-1。每个样本测试3个点。   5、数据预处理   采用Origin8.0科技绘图与数据分析软件所有样本数据进行平滑、基线校正和曲线下面积归一化的预处理。将同一样本3点测得的表面增强拉曼光谱进行平均以代表该样本的表面增强拉曼光谱信号。   6、统计学分析   应用SPSS16.0统计学软件对两组血清的SERS进行主成分分析(principlecomponent analysis,PCA)和线性判别分析(linear discriminant analysis,LDA),对判别分析结果进行受试者操作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线分析。   结果:   1、大鼠舌部病理诊断结果   A组病理诊断为舌癌的大鼠6只,舌部不同程度异常增生的大鼠4只,B组5只大鼠均正常或仅有轻微单纯性增生。   2、银胶溶液SEM观察结果   微波加热法制得的银胶溶液中银离子为不规则球形,直径在50nm-80nm之间,能够显著增强血清的拉曼散射强度。   3、两组血清SERS检测结果   根据病理诊断结果,得到舌癌组血清样本18例,正常对照组血清样本15例。两组血清SERS的外形和谱峰位置基本相似,相对峰值强度略有差别。在大约490cm-1-630cm-1和950cm-1-1120cm-1两个范围内,舌癌组血清SERS谱峰强度明显高于对照组,而在880cm-1-940cm-1和1200cm-1-1310cm-1范围内则低于对照组。在峰位725cm-1和815cm-1两处的峰强比较可见,舌癌组明显低于正常对照组。   4、PCA结果   两组血清SERS经主成分分析,确定主成分个数为3,累积贡献率90.45%。两组血清SERS第一、二、三主成分得分散点图显示,第一、二、三主成分可以很好的区分舌癌组血清和正常对照组血清。   5、LDA结果   两组血清SERS判别分析显示,回顾性判别灵敏度94.4%,特异度为100%,交叉验证得到判别灵敏度94.4%,特异度为93.3%。ROC曲线分析得到曲线下面积为0.996。   结论:   SERS技术结合多元统计分析方法可以很好的区分舌癌大鼠血清和健康大鼠血清,具有较高的判别灵敏性和特异性,有望为舌癌筛查和早期诊断提供一种快速、无损、高灵敏性和特异性的检查方法。
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