摘要

膠質瘤是全球最常見的顱內惡性腫瘤之一。由于膠質瘤具有侵襲性且與正常腦組織缺乏清晰邊界，神經外科醫生只能根據經驗判斷手術切除范圍。因此，精確劃定其邊界已成為外科醫生面臨的一大挑戰。由于膠質瘤細胞的高糖酵解代謝，細胞外液酸化已成為膠質瘤進展的一個指標。本文開發了一種比值pH響應表面增強拉曼散射策略，用于快速識別膠質瘤邊界。制備了由銀納米粒子自組裝薄膜組成的傳感芯片，然后自組裝了pH響應SERS報告分子4-巰基吡啶。在不同pH條件下，4-MPY的特征SERS峰比值有規律地變化。通過測量組織間液浸潤水滴的pH值來確定膠質瘤侵襲的邊界。該技術能夠準確、無創、快速地測定局部pH值，從而在最大限度切除腫瘤組織的同時，最小化對正常組織的損傷。與術中病理檢測相比，該技術更快速、簡單，有望用于術中導航。

1. 引言

膠質瘤是全世界最常見的神經系統惡性腫瘤之一，在過去幾十年中，老年人群膠質瘤的發病率逐年上升。目前，手術切除仍然是惡性腫瘤治療的主要方式。特別是對于膠質瘤，提高生存患者的生活質量和最小化術后并發癥具有重要意義。過于保守的切除會導致微小殘留病變，導致腫瘤快速復發；而切除過于激進可能會破壞腫瘤周圍的重要功能區，導致失語、癱瘓等嚴重后遺癥。然而，由于惡性腫瘤的侵襲性，識別其邊界尤為困難。磁共振成像是目前臨床確定膠質瘤邊界的方法。該技術需要患者較高的配合度，并且即使在健康人腦中功能和結構也存在差異。個體間的差異、腦腫瘤的影響及其相關的占位效應可能會扭曲常見的解剖標志，導致解剖功能定位不準確。目前，外科醫生通常會選擇最后一塊要切除的邊緣組織進行病理檢查。然而，病理檢查通常耗時較長，間接延長了手術時間，大大增加了深度麻醉患者的風險。因此，開發一種快速、簡單、高效的膠質瘤術中診斷方法迫在眉睫。

與正常組織相比，腫瘤的代謝傾向于從氧化磷酸化轉向無氧糖酵解，以滿足快速增殖的惡性腫瘤細胞的需求，這導致腫瘤細胞在局部微環境中產生大量乳酸。這已成為惡性腫瘤最明顯的特征之一。腫瘤細胞創造的微酸性環境有助于建立免疫逃逸環境，從而促進惡性腫瘤細胞的分化和生長。因此，已開發了用于識別組織酸性微環境的檢測和診斷方法來指示惡性程度。Vo-Dinh 和 Tuan 使用光纖納米探針結合共聚焦顯微鏡檢測前列腺癌和乳腺癌組織的酸性微環境，從而準確區分腫瘤組織和正常組織之間的差異。Rochefort小組用微電極測量了MCF7乳腺癌細胞的細胞外pH，發現乳腺癌細胞比正常乳腺細胞具有更強的酸化細胞外環境的能力。這些結果證實，酸性環境是腫瘤組織和癌細胞的重要特征之一。

表面增強拉曼散射是一種在表面和界面上產生的異常光學效應。當分子吸附在粗糙金屬表面上時，其拉曼信號可增強10^14倍。SERS光譜具有極高的檢測靈敏度，可達到單分子檢測水平。此外，SERS檢測技術還具有無損檢測、快速檢測和原位測量等諸多優點。SERS光譜的特征峰窄，可以提供豐富的分子指紋信息。因此，這種光譜技術特別適用于生物系統和細胞相關的檢測系統。近年來，利用SERS檢測腫瘤微環境和細胞內外微環境一直是一個熱門話題。作為腫瘤微環境的重要參數之一，細胞pH的SERS檢測受到了極大關注。這些方法基于多種SERS報告分子，這些分子已被連接到貴金屬納米粒子表面以制備pH響應SERS納米傳感器。常用的pH SERS報告分子包括4-巰基吡啶、對巰基苯胺、3-氨基-5-巰基-1,2,4-三唑和2-巰基苯胺等。這些SERS報告分子通過其峰強度或相對強度的變化來響應pH。先前的研究報道，通過在腫瘤組織表面分散pH響應的、基于金納米顆粒的納米傳感器，通過SERS策略識別腫瘤邊界。然而，由于這些納米傳感器分布不均勻，SERS峰強度會受到很大影響，從而顯著影響檢測準確性。

在本研究中，制備了一種固體支撐的pH響應SERS基底，并開發了相應的快速診斷膠質瘤邊界的策略，以根據腫瘤的微酸性微環境識別腫瘤邊界。該SERS基底通過層層組裝法制備，其中一層自組裝的新鮮制備銀納米粒子單層被聚電解質橋接，然后是自組裝的4-MPY拉曼報告分子層。4-MPY的兩個SERS峰的比值變化（I1091/I1580）可以識別pH。在腫瘤組織表面構建純水水滴陣列，使組織間液擴散到水滴中。然后，將水滴轉移到SERS基底上，并用便攜式拉曼光譜儀測量SERS光譜。由于腫瘤區域的酸化特性，我們可以檢測腫瘤組織與正常組織之間的不同pH值，從而準確區分腫瘤組織與正常組織的邊界。我們還采用了pH微電極和電化學系統來驗證SERS結果。該傳感器芯片制備簡單可控，檢測效果穩定。可實現快速診斷。儀器便攜緊湊，操作簡便。該方法對手術組織無害，有望替代膠質瘤的快速病理檢測，成為一種可行的術中導航技術。