光譜儀器研究進(jìn)展迅速，臨床轉(zhuǎn)化仍需突破三大難關(guān)
發(fā)布時間：2024-06-03
來源：AI智醫(yī)網(wǎng)
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多年來，由于我國實驗室儀器及設(shè)備行業(yè)起步較晚，導(dǎo)致在研發(fā)技術(shù)、質(zhì)量和規(guī)模等方面與國際大型企業(yè)存在一定差距。尤其在高端分析儀器領(lǐng)域，對進(jìn)口產(chǎn)品的依賴較大。然而，近年來，在國家政策的支持和鼓勵下，國產(chǎn)實驗室儀器及設(shè)備制造商迎來了前所未有的發(fā)展機遇，整個行業(yè)呈現(xiàn)出快速增長的態(tài)勢。光譜儀器在臨床實踐中的應(yīng)用潛力和價值已得到廣泛認(rèn)可。它不僅可以快速、準(zhǔn)確地檢測生物樣本中的特定成分，還能夠有效監(jiān)測疾病進(jìn)展和治療效果，為醫(yī)生提供決策支持，幫助制定更加精準(zhǔn)的治療方案。2024年5月10日，在VBEF未來醫(yī)療生態(tài)展會的實驗室儀器及設(shè)備分論壇上，中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所的研究員、國家重點研發(fā)計劃首席科學(xué)家宋一之進(jìn)行了題為《光譜儀器的臨床應(yīng)用進(jìn)展與挑戰(zhàn)》的主題演講。光譜是指復(fù)色光通過色散系統(tǒng)（如棱鏡或光柵）分光后，被色散出的單色光按波長或頻率順序排列的圖案，通常稱為光學(xué)頻譜。我們主要關(guān)注的光譜波長范圍包括紫外光、可見光和紅外光區(qū)域。根據(jù)與輻射相互作用的物質(zhì)成分不同，光譜可分為分子光譜和原子光譜兩大類。分子光譜包括吸收光譜、發(fā)射光譜、熒光光譜和散射光譜。近年來，光譜技術(shù)在臨床領(lǐng)域的研究迅猛發(fā)展，相關(guān)研究文章數(shù)量呈指數(shù)級增長。其中，拉曼光譜和近紅外光譜尤為引人關(guān)注。近些年，紅外光譜在臨床診斷中的應(yīng)用發(fā)展迅速。中科院田捷團(tuán)隊開發(fā)的集成可見光和近紅外I/II多光譜成像儀器，首次實現(xiàn)了肝癌在體近紅外II區(qū)成像。近紅外II區(qū)成像在成像清晰度、操作簡便性及腫瘤檢測率等方面具有顯著優(yōu)勢。拉曼光譜作為一種散射光譜技術(shù)，能夠反映細(xì)胞中的糖、脂肪、蛋白質(zhì)和核酸等多種化學(xué)指紋信息，結(jié)合同位素標(biāo)記技術(shù)，能顯示細(xì)胞的代謝狀態(tài)和功能。同時，拉曼光譜適用于無損或低損檢測，能夠?qū)崿F(xiàn)原位和實時檢測，在臨床診斷中具有重要價值。我們團(tuán)隊研發(fā)的顯微共聚焦拉曼光譜儀，結(jié)合CT結(jié)構(gòu)的單色儀和共聚焦系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)高光譜分辨率的熒光譜采集及層掃空間分辨率的檢測。這項技術(shù)在腫瘤組織檢測和無創(chuàng)血糖監(jiān)測方面展現(xiàn)出巨大潛力，我們也高度關(guān)注其在病原微生物檢測中的應(yīng)用。微生物耐藥性是目前全球公共健康領(lǐng)域面臨的重大挑戰(zhàn)。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的預(yù)測，抗生素耐藥相關(guān)死亡已成為僅次于缺血性心臟病和中風(fēng)的全球第三大死亡原因?？股啬退帉︻A(yù)防和治療日益嚴(yán)重的感染構(gòu)成了巨大威脅，“超級細(xì)菌”將不再是科幻情節(jié)。目前，病原微生物的臨床檢驗金標(biāo)準(zhǔn)流程仍大量依賴于病原微生物的培養(yǎng)和增殖，這個過程通常需要三到七天，而重癥患者可能一天都等不了。通過病原菌免培養(yǎng)拉曼鑒定藥敏分析技術(shù)，我們從鑒定和藥敏兩個環(huán)節(jié)入手，建立了拉曼光譜數(shù)據(jù)庫，并應(yīng)用機器學(xué)習(xí)或深度學(xué)習(xí)的識別算法，實現(xiàn)快速鑒定病原體和判斷抗生素有效性，希望能夠大幅縮短臨床檢測時間。光譜技術(shù)的臨床應(yīng)用仍有挑戰(zhàn)
盡管光譜技術(shù)在臨床研究中已經(jīng)取得了顯著進(jìn)展，但其實際應(yīng)用于臨床的產(chǎn)品仍然有限?？茖W(xué)儀器在臨床應(yīng)用中面臨諸多挑戰(zhàn)。首先是儀器的重復(fù)性和可靠性問題。在科研環(huán)境中，對重復(fù)性和可靠性的要求通常不如臨床環(huán)境嚴(yán)格。然而，在臨床環(huán)境中，這些指標(biāo)至關(guān)重要。許多企業(yè)在面對臨床需求時，可能還沒有充分準(zhǔn)備好，因此需要進(jìn)一步提高儀器的可靠性。其次是自動化程度的問題?？蒲袃x器的自動化程度往往未達(dá)到臨床使用的標(biāo)準(zhǔn)。例如，我過去使用某個儀器時，需要操作三個不同的軟件來分別控制光源、探測器和計時器。對于科研人員來說，這或許可以接受，但對于臨床人員來說則不可行。我們的光譜儀器必須能夠自動識別細(xì)胞位置、自動采集光譜并進(jìn)行自動分析，這對于臨床應(yīng)用至關(guān)重要。最后是數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的問題。光譜類儀器的靈敏度非常高，分辨率可能達(dá)到零點幾納米甚至更高，任何微小的波動都可能導(dǎo)致錯誤的判斷結(jié)果。目前，我們正在致力于解決如何將不同實驗室、不同廠家的設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的問題，以確保在臨床上能夠得出可靠的結(jié)果。為了克服這些挑戰(zhàn)，我們需要進(jìn)一步提高儀器的可靠性，實現(xiàn)高度自動化，并解決數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化問題。未來，期待光譜儀器能夠在臨床上取得更大突破，為醫(yī)療診斷提供更準(zhǔn)確的工具，造福更多患者。
