طیف سنجی رامان یک روش آنالیز نوری بر مبنای لیزر است که اساس آن ارتعاشات مولکولی ماده می باشد که با توجه به این ارتعاشات که در مواد مختلف منحصر به فرد می باشد می توان آنالیز شیمیایی سلول ها، بافت ها و مایعات زیستی شامل خون، بزاق، نمونه ادرار و اشک و اسپرم را به صورت کمی و کیفی مورد مطالعه قرار داد. خواص ویژه ایی چون سرعت، غیر مخرب بودن، حداقل یا عدم آماده سازی نمونه باعث شده است که این روش طیف سنجی جایگاه مهمی را در روشهای آنالیزی به خصوص در حوزه علوم زیستی و تشخیص طبی در دنیا به دست آورده است.

اساس طیف سنجی رامان در مطالعات زیستی به این صورت است که هر سلول و بافت طیف منحصر به فردی (مانند اثر انگشت) دارد که آن را از سایر بافت ها و سلول ها متمایز می کند، در شکل 1 برای RNA و DNA و اسپرم طیف های رامان آورده شده است که این نوع طیف ها به نوعی شناسنامه آن به شمار می رود. زمانی که سلول و بافت از حالت طبیعی خود خارج شوند این طیف ها نیز تغییر خواهند کرد و با مقایسه طیف جدید با طیف مرجع می توان روند و علت این تغییرات که ممکن است به علت بیماری باشد را مورد مطالعه قرار داد.

 

شکل 1 که نمونه طیف رامان بر روی اسپرم نرمال و اسپرم غیرطبیعی گرفته شده است. شکل B1  که در آن طیف RNA  و DNA را نشان داده است.

 

با میکروسکوپ مجهز به طیف سنج رامان می توان ضمن مشاهده تصویر یک بافت زنده ، آنالیز و اطلاعات شیمیایی و مولکولی را بدون نیاز به رنگ آمیزی یا برچسب گذاری به دست آورد.

با میکروسکوپ رامان می توانیم اطلاعات مولکولی را به صورت آنلاین مشاهده و تصویربرداری و عکس با وضوح بالا و هزینه نسبتا کم ( در مقایسه با سایر روشهای تصویربرداری پزشکی مانند سونوگرافی، تصویربرداری رزونانس مغناطیسی، و غیره) بدست آوریم.

در حال حاضر مطالعات گسترده ایی در حوزه سرطان مغز، سرطان سینه، سرطان ریه، سرطان پوست، سرطان مری، سرطان پروستات، سرطان روده بزرگ، سرطان استخوان در دنیا انجام شده است و این روش به زودی به عنوان روشی تشخیصی جایگاه مهمی در آزمایشگاههای تشخیص طبی خواهد داشت اما لازمه ورود این روش به حوزه تشخیص و درمان ارزان و سریع و ساده بودن آن است تا بتواند در آینده سهمی درخور در آزمایشگاههای بالینی داشته باشد.
یکی از مهمترین معایب این روش که تا کنون گسترش طیف سنجی رامان را در حوزه تشخیص محدود کرده است، بازده نسبتا کم نور برگشتی تابیده شده می باشد که اندازه گیری آن را دشوار کرده است و باعث شده است بیشتر در تحقیقات مورد استفاده قرار گیرد.

 استفاده از رامان در تشخیص تومورها و سرطانهای مغزی :

حدود 45٪ تومورهای مغزی گلیوم (gliomas) هستند که در حال حاضر توسط ترکیبی از دستگاههای سی تی اسکن،  MRI و الکتروانسفالوگرام(electroencephalogram)   تشخیص داده می شوند.

یکی از چالش های اصلی در عمل جراحی تومور مغزی، جدا کردن بافت سالم از بافت تومور است که می بایست بدون کمترین به جا ماندگی بافت تومور انجام گیرد و حذف ناقص تومور خطر ابتلای مجدد به سرطان تومور را افزایش می دهد که با استفادهاز رامان می توان با دقت بسیار بالایی برای تشخیص و برداشت این بافتها عمل نمود.

یکی از قابلیت های منحصر به فرد روش رامان امکان اتصال آن به تجهیزات جانبی مختلف از جمله پروب های فیبر نوری می باشد که تصویر آن در شکل 2 آورده شده است، روش کار به این صورت است که این فیبر وظیفه انتقال نور لیزر به بافت مورد بررسی و سپس جمع آوری اطلاعات را به عهده دارد که تشخیص و تمیز بافتهای سالم و تومورها از هم را برای پزشک و جراح فراهم می کند. جراح در هنگام عمل می تواند از این قابلیت به راحتی استفاده نموده و بادیدن تفاوت بین سلولها به سرعت تصمیم گیری نموده و به ادامه جراحی با دقت و نتیجه خوب بپردازد.

شکل 2 که نمونه با تصویر رامان با سایر روش ها در آن اورده شده است.

 

به عنوان مثال استفاده از رامان برای تومورهای مغزی، امکان تشخیص بدون استفاده از آنتی بادی ها و نشانگرها برای  تومورهای metastatic در موش صحرایی را فراهم کرده است. برای گلیوم هایی با درجه بالا، طیف رامان سهم بیشتری از اسید هسته ای نسبت به بافت نرمال دارند که باعث تغییر در پراکندگی نور برگشتی و در نتیجه طیف خروجی رامان می شود که  در تصویر زیر با رنگهای مختلف نشان داده شده است . همچنین توانایی ایجاد تصاویر طیفی رامان نشان داده است که همبستگی خوبی با نتایج دریافت شده توسط روش رنگ آمیزی H&E دارند.

در شکل 3 نمونه ایی که بر روی موش آزمایشگاهی آورده شده است.

شکل 3 روش رامان به همراه میکروسکوپ بر روی موش آزمایشگاهی

 

در شکل 4 بافت های سالم با رنگ آبی مشخص شده است، رنگ قرمز ناحیه بافت میانی را نمایش می دهد و رنگ قهوه ایی نیز نمایانگر بافت استخوانی است و در نهایت تومور با رنگ مشکی مشخص شده است. سمت راست همین ناحیه مورد مطالعه با روش H&E می باشد.

 

شکل 4 نمونه تصویر رامان بر روی موش آزمایشگاهی و مشخص شدن ناحیه های مختلف بافت و مغر موش.

 

رفرنس های این مقاله :

1. Raman spectroscopy for medical diagnostics–From in-vitro biofluid assays to in-vivo cancer detection. Kong K, Kendall C, Stone N, Notingher I/ Advanced Drug Delivery Reviews (2015) 121–134

2. Raman spectroscopic imaging for in vivo detection of cerebral brain metastases Matthias Kirsch & Gabriele Schackert & Reiner Salzer &/ Anal Bioanal Chem (2010) 398:1707–1713

 

تهیه شده توسط مهندس احسان بیاتی