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分子光谱学在生物医学方面的应用越来越广泛。近年来,振动光谱,包括FTIR-ATR光纤,显微红外光谱,FT-Raman和近红外光谱等方法被用来区分正常组织和肿瘤组织,利用两者在光谱中一系列吸收峰的差异来判别。这些方法有很多优势,由肿瘤形成演变过程来看,首先是基因发生变化,导致相应分子结构改变,进一步形成癌细胞,直至肿块的形成,具有占位效应,这时才能用核磁共振、CT、B超、X光等物理方法检测出来。而红外和拉曼光谱可作为分子结构变化的灵敏探针,检测出肿瘤分子结构的异常,即在肿瘤发生的第二个阶段就有可能检测到癌症,有可能发展成为一种肿瘤早期诊断的方法,而早期诊断是癌症治疗的关键,因而发展光谱法诊断癌症具有重要意义。
方法傅立叶变换红外光谱和拉曼光谱是快速无创分析物质分子结构的有效手段。研究表明恶性肿瘤细胞与正常细胞之间的红外光谱及拉曼光谱都存在明显差别。因此红外及拉曼光谱可以在分子水平上揭示肿瘤的特征。为探讨红外及拉曼光谱应用于癌症诊断的可行性,我们在本研究中利用了傅立叶变换红外光谱仪和显微共焦拉曼光谱仪测定了宫颈癌组织及相应的正常组织的红外及拉曼光谱,并将对应的标本作病理学检查。用统计学方法对光谱结果作配对T检验,选择其中差异性明显的光谱参数设立变量,对变量作Logistic回归,建立宫颈癌判别模型的方程。再用已经经过病理学和组织化学检测的组织切片(检验组)作回复检验。
结果1、病理组织学和组织化学检查:全部宫颈癌组织和正常组织切片都经过常规病理学HE染色予以确认。
2、经Means比较,正常组织与癌变组织红外光谱差异:(1)核酸吸收谱带的变化:正常组织的磷酸二酯基团的对称伸缩振动谱带位于1082cm-1,癌变后移至1086cm-1,反对称伸缩振动谱带正常组织位于1244cm-1,癌变组织的该谱带移至1240cm-1,同样来源于核酸的VsPO32-特征峰969cm-1在癌变组织明显,而宫颈正常组织则观测不到。说明癌变后核酸氢键化程度增强,吸收增加,核酸数量增加。
(2)蛋白质吸收谱带的变化:组织癌变后表征蛋白质氨基酸残基的谱带发生位移,由1155cm-1移至1165cm-1,说明其蛋白质种类发生了变化,基团的氢键化程度增加;分析其相对于核酸的光谱吸收减弱,说明癌变后蛋白质的含量相对于核酸的含量减少。
(3)糖类谱带的变化:宫颈正常组织具有明显的1025cm-1特征峰,该特征峰来源于碳水化合物的CH2OH基团,癌变组织观测不到该峰,揭示其碳水化合物含量可能降低。这是因为细胞癌变发生恶性增殖时,糖原被大量消耗导致含量降低。
3.正常组织与癌变组织拉曼光谱差异实验结果表明:(1)癌变组织的拉曼光谱中1089cm-1线比正常组织的明显增强。分析认为:1089cm-1处属于磷酸二酯基团中对称伸缩振动谱带。由于癌组织中细胞核内的DNA增多,细胞核肥大,核仁数增加,是造成癌组织拉曼光谱中1089cm-1线的增强的可能原因。(2)蛋白质酰胺Ⅰ特征谱带从1670cm-1位移到1664cm-1,说明癌变后蛋白质种类和结构发生了变化。(3)脂类特征谱线1590cm-1减弱。上述谱线变化表明,癌变组织中核酸的相对含量增加;蛋白质结构发生变化;脂类含量减少。
4、统计分析及模型建立经配对T检验和Logistic回归等统计学分析,建立了宫颈癌判别模型。回复检验的结果显示模型对癌变组织的判别率达80%。
结论宫颈癌组织的红外及拉曼光谱中与蛋白质、脂类、碳水化合物和核酸相关的谱带同正常宫颈组织之间存在明显的差异,光谱数据经配对样本T检验、MEANS比较和Logistic回归,再用已经经过病理学和组织化学检测的组织切片(检验组)作回复检验,模型对癌变组织的判别率达80%,证明该模型有一定的应用价值。
实验结果表明红外光谱用于肿瘤检测是可行的,可以为宫颈癌的生化机理研究以及活体诊断提供有力的实验依据。