? ? 將探頭放置在手術(shù)中或手術(shù)后的心臟上，可以預(yù)測危重心臟病患者的心臟驟停——這是美國波士頓兒童醫(yī)院和Pendar技術(shù)設(shè)備制造商的研究人員合作開發(fā)的一個新設(shè)備，它運(yùn)用了拉曼光譜技術(shù)，能夠?qū)崟r評估身體組織是否獲得足夠的氧。

　　9月20日，Science Translational Medicine雜志的封面文章刊登了這一研究成果，并認(rèn)為，雖然研究是在動物模型上進(jìn)行的，但有著重要的里程碑意義。

　　具有里程碑意義

　　幾乎所有人都知道，對于危重心臟病患者，一旦心臟驟停發(fā)生，即使病人康復(fù)，其不良后果也是終身的。

　　但由于無法做到實(shí)時評估身體組織是否獲得足夠的氧，之前的技術(shù)還不能有效預(yù)測一個病人的心臟會停止。目前對組織氧測量的標(biāo)準(zhǔn)，被稱為混合靜脈血氧飽和度(SvO2)，需要反復(fù)抽血，額外增加危重病人的風(fēng)險。更重要的是，無法判斷氧氣供應(yīng)是否滿足心臟肌肉的動態(tài)需求。

　　主持這項(xiàng)研究的波士頓兒童醫(yī)院心臟中心醫(yī)學(xué)博士JohnKheir介紹，這個新開發(fā)的設(shè)備使用了共振拉曼光譜的技術(shù)，來測量是否有足夠的氧氣到達(dá)心臟的線粒體。這個裝置能夠提供與線粒體供氧相關(guān)器官特異性的、連續(xù)的、可靠的讀數(shù)。這是第一個能夠監(jiān)測活體組織中的線粒體，以預(yù)測即將發(fā)生的器官衰竭的裝置。

　　這也是拉曼光譜首次被開發(fā)為實(shí)時監(jiān)測的臨床醫(yī)療設(shè)備。

　　作為一種無損、非接觸的快速檢測技術(shù)，雖然拉曼光譜在醫(yī)療診斷上的應(yīng)用與研究，已經(jīng)在癌病變組織檢測與診斷、血液成分分析、動脈硬化檢測等領(lǐng)域進(jìn)行了。此外，之前在醫(yī)療診斷上的應(yīng)用是通過分析識別組織內(nèi)蛋白、核酸、血脂相關(guān)的拉曼光譜峰差異實(shí)現(xiàn)的，而這次的應(yīng)用著眼于更細(xì)微的電子積累引起的光譜位移和峰值變化，并準(zhǔn)確地捕捉了亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的信號。

　　用光監(jiān)測線粒體

　　在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了一個他們叫3RMR的度量方法，使用共振拉曼光譜的光讀數(shù)來產(chǎn)生實(shí)時氧含量和線粒體功能量化的指標(biāo)。

　　當(dāng)細(xì)胞的氧含量過低時，其能量平衡發(fā)生變化。電子開始在某些細(xì)胞蛋白(比如血紅蛋白、肌紅蛋白和線粒體細(xì)胞色素)中積累。這種能量轉(zhuǎn)移會減少或關(guān)閉線粒體能量的產(chǎn)生，也可能引發(fā)細(xì)胞死亡。結(jié)果就是器官損傷或功能障礙，在最壞的情況下，心臟驟停。

　　共振拉曼光譜可以通過激光照射時光如何發(fā)生散射，來量化線粒體蛋白質(zhì)的電子部分。在低氧條件下，電子的增加會使這些分子發(fā)生扭曲，改變它們的光譜。

　　研究小組還使用了精確的激光和復(fù)雜的算法來實(shí)時提取信息。據(jù)介紹高速、準(zhǔn)確地將線粒體信號從其它生物信號中識別出來，是這篇文章最重要的科學(xué)進(jìn)展。

　　線粒體細(xì)胞色素、肌紅蛋白和血紅蛋白在氧合和脫氧狀況下拉曼光譜出現(xiàn)的位移和峰值變化 圖片來自文獻(xiàn)1

　　預(yù)測心臟驟停

　　研究人員先在大鼠模型中測試了該裝置。他們發(fā)現(xiàn)不管氧遞送減少的原因是什么，減少心臟的氧含量后，3RMR就會相應(yīng)增加。低氧狀態(tài)10分鐘后進(jìn)行測量，讀數(shù)增加超過40%。他們開發(fā)的設(shè)備在預(yù)測心臟收縮力和隨后的心搏停止上，有97%的特異性和100%的敏感性，優(yōu)于所有其它測量技術(shù)。

　　研究小組之后在模擬先天性心臟手術(shù)的豬模型中進(jìn)一步測試了該裝置。他們能夠測量心肌供氧的滿意程度，這是之前的設(shè)備無法做到的。

　　該裝置最先可能的應(yīng)用是心臟手術(shù)期間及術(shù)后的氧輸送監(jiān)測。目前的探針是一支鋼筆大小，但最終，該小組希望開發(fā)一個更小的探頭，可以放在胸腔內(nèi)，這樣可以對高危時期的病人進(jìn)行監(jiān)護(hù)。

　　未來其它應(yīng)用方向

　　事實(shí)上，這是第一種能夠?qū)崟r地評估在線粒體水平上，是否輸送足夠的氧氣到組織的技術(shù)。研究人員認(rèn)為會有許多外科用途。他們相信該技術(shù)還可以在其它組織和器官暴露的操作中，進(jìn)行對組織活力的監(jiān)測。潛在的應(yīng)用可能包括器官移植時的監(jiān)測和檢測四肢血液流動的減少。

　　Kheir博士還認(rèn)為，該工具可以在癌癥研究方面有所幫助，因?yàn)榫€粒體功能是癌癥生物學(xué)的中心。

　　該小組的目標(biāo)是開發(fā)出FDA批準(zhǔn)和商業(yè)化的線粒體氧合臨床監(jiān)測儀。在此期間，Kheir博士和同事計(jì)劃尋求批準(zhǔn)試驗(yàn)裝置來監(jiān)測心臟病患者。