Method Article

استكشاف تطبيق الاستشعار الحيوي القائم على تشتت رامان المعزز على السطح لوحدات الطيران الفردية في تشخيص الأمراض والعلاجات

DOI:

10.3791/69258

⸱

March 13th, 2026

 ,  ,  , 
1Department of Materials Science and Engineering, University of California Los Angeles, 2Cornea Division, Stein Eye Institute, University of California Los Angeles

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

هنا، نقدم بروتوكولا لتحليل الحويصلات الصغيرة خارج الخلية (sEVs) باستخدام مطيافية رامان المحسنة على السطح (SERS) بدون ملصقات، مما يمكن من تشخيص الأمراض طالية التوغل وتقييم الحويصلات الكهربائية كوسيلة لتوصيل العلاج.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يحدد هذا البروتوكول منصة شاملة خالية من الملصقات تدمج التحليل الطيفي الراماني المعزز بالسطح (SERS) مع التعلم الآلي (ML) لاكتشاف وتحليل جزيئيا للحويصلات الصغيرة خارج الخلية (sEVs) لأغراض تشخيصية وعلاجية. تبدأ الطريقة بعزل ال sEV باستخدام كروماتوغرافيا استبعاد الحجم أو الطرد المركزي الفائق. ثم تحلل الحويصلات المعزولة على ركائز ثنائية الأبعاد من الذهب النانوي الهرمي الهندسي القادرة على الحساسية للحويصلة الواحدة. من خلال الاستفادة من بصمات رامان الكيميائية الحيوية الداخلية، يتيح البروتوكول الكشف عالي التخصص دون وجود علامات خارجية. بعد الاستحواذ الطيفي، تخضع البيانات للمعالجة المسبقة ويتم تحليلها باستخدام خوارزميات تعلم آلي مدربة (مثل LDA، SVC) لتصنيف حالات المرض، مما يميز سرطان المعدة عن الضوابط الصحية باستخدام مواد القياس السليمة من الأنسجة والبلازما واللعاب بدقة تصنيف 90.1٪، 70.9٪، و60.7٪. بالإضافة إلى ذلك، يظهر تطبيقه العلاجي من خلال قياس كمية تحميل الدوكسوروبيسين في الوحدات المفردة المغناطيسية، وهو قياس معزز باستخدام ركائز مغطاة بالجرافين كمعيار داخلي. يسمح هذا النهج بتحليل عالي الإنتاجية يلتقط التباين السكاني الضروري للكشف المبكر عن الأمراض وفهم كفاءة تحميل الأدوية على مستوى الحويصلة الواحدة.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الحويصلات الصغيرة خارج الخلية (sEVs)، التي يتراوح قطرها عادة بين 30 إلى 200 نانومتر، تفرز طبيعيا من قبل الخلايا إلى سوائل بيولوجية وتحمل بروتينات ودهون وأحماض نووية تدل على أصل خليتها 1,2,3. كونها مؤشرات حيوية غير جراحية موجودة في اللعاب والبول وسوائل الجسم الأخرى4، فهي تحمل وعدا في تشخيص المرض المبكر، وتوقع التشخيص، والمراقبة العلاجية، خاصة في الأورام 5,6,7. ومع ذلك، فإن ترجمتها السريرية تعاني من تنوعها العالي وقلة وفرة المصف....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم جمع العينات البشرية وفقا لإعلان هلسنكي وتمت الموافقة عليه من قبل مجلس المراجعة المؤسسية (IRB) في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس. قدم جميع المتبرعين موافقة مكتوبة مستنيرة قبل مشاركتهم في الدراسة.

ملاحظة: تم استخدام ما مجموعه 4 خطوط خلايا، AGS (CRL-1739)، A549 (CCL-185)، NCI-N87 (CRL-5822)، Hs 738.St/Int (CRL-7869)، جميعها تم شراؤها من بائع تجاري، في هذه الدراسة. تم زراعة هذه الخطوط الخلوية وتمريرها وفقا لتعليمات ومواد البائع بدقة. تم جمع الوسائط المكيفة وتخزينها عند -20 درجة مئوية قبل معالجتها. في مركز سامسونج الطبي في كوريا، ساهم المتبرعون طوعا بعينات من الأنسجة والبلازما واللعاب. تم الحصول على نسيج سرطا....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ينتج التطبيق الناجح لبروتوكول SERS أحادي الحويصلة طيفا مميزة لرامان عن ال sEVs الفردية، مما يسمح بتصنيف التشخيص لاحقا ومراقبة تحميل الأدوية العلاجية. يوضح الشكل 1 سير عمل الدراسة التشخيصية لسرطان المعدة وتطبيق مراقبة المركبات الكهربائية المحملة بالأدوية باستخدام بروتوكولنا المبلغ عنه هنا، على التوالي.

figure-results-1

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

جانب محوري في هذا البروتوكول هو تحضير الركيزة وتنقية ال sEV. يعتمد أداء SERS الخالية من العلامات بشكل كبير على إنتاج ركائز بلازمية موحدة وعالية التناسق مع "نقطة ساخنة" قوية لتعزيز الجسم. وبالمثل، فإن عزل sEV عالي النقاء عبر كروماتوغرافيا استبعاد الحجم ضروري لإنتاج أطياف SERS موثوقة وقابلة للتكرار. الشوائب مثل تجمعات البروتينات أو البروتينات الدهنية لا تضعف فقط إشارة الحويصلات، بل يمكن أن تعيق تصنيف التعلم الآلي لاحقا من خلال إدخال ضوضاء طيفية.

ميزة كب.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعلن المؤلفون أنه لا توجد لديهم تضارب مصالح مرتبط بهذا العمل.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وقد دعم هذا العمل المركز الوطني لتقدم العلوم الترجمية التابع للمعاهد الوطنية للصحة تحت أرقام الجوائز 4UH3TR002978-03 و1U18TR003778-01، وبمنحة من معهد كاليفورنيا للطب التجديدي (CIRM) (رقم المنحة TRAN1-14649).

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
1x PBSثيرمو فيشر العلميJ61196. أسوشيتد برس
شبكة نحاسية ب 300 شبكةعلوم المجهر الإلكترونيEMS200-Cu
محلول بارافورمالديهيد 4٪سيغما ألدريتش1004960700
4″ Si wafers إم إس إي بليزات<قوي>WA0810(100) موجه 
خط الخلايا A549ATCCCCL-185 
خط خلايا AGSATCCCRL-1739
دوار الطرد المركزي F-35-6-30، 5430إبندورف<قوي>22654306
مارك 40 من CHAمارك 40 من CHAhttps://chaindustries.com/mark-40-system/تبخر الشعاع الإلكتروني
محلول الحفر الكرمونيسيغما ألدريتش651826-500ML
دوكسوروبيكسين  D-4000مختبرات LCD-4000_3g
نظام ExoView R100 ومجموعة إكسو فيو للبشري من رباعي السبانيننانوفيو بيوساينسزhttps://www.nowmedicalstudios.
com/portfolio/nanoview-
Biosciences-3D-product-illustrations
حل FeCl3سيغما ألدريتش451649
حل HFسيغما ألدريتش695068-500ML
Hs 738.St/Int خط الخلاياATCCCRL-7869
عبر مجهر رامان الكونفوكليرينيشوhttps://www.renishaw.com/en/
invia-confocal-raman-microscope
--6260?srsltid=AfmBOoqbZlyW
qv2KDdcXV0UZnp8tdLNgYZ0
GbZvGOWI6z1OKi48rg5-b
حل KOHسيغما ألدريتش417661
أجهزة MaxQ 4000 ذات سطح الطاولة التي تدعم الحضانة/التبريدثيرمو ساينتفيكSHKA4000 (4320)
حاضنة MCO-19AICسانيو8380-30-0035
فلتر ميلكس-جي بيميليبورسيغماSLGPM33RS  0.22 & m
مجهر نانوسيم 230FEISEM-FEI-014 
نانوسايت NS300مالفرن بلانالياليكالhttps://www.malvernpanalytical
.com/en/support/product-support
/nanosight-range/nanosight-ns300
خط خلية NCI-N87ATCCCRL-5822
أوبتيما TLX ألترا نتريفوجبيكمان كولتر8043-30-1197
أكسفورد بلازمالاب 80 بلسأكسفورد بلازمالابhttps://plasma.oxinst.com/
المنتجات/RIE/PlasmaPro-800-RIE
كرات البوليسترينألفا إيسار<قوي>AA42711AB500 نانومتر
qEVoriginal/35 نانومترإيزونICO-35
الجرافين أحادي الطبقةإم إس إي بليزات<قوي>ME0408
قارورة T-75VWR156800
TF20 EM عالي الدقةFEIhttps://eicn.cnsi.ucla.edu/project/fei-tf20-tem/
محلول أسيتات اليورانيلعلوم المجهر الإلكتروني22400-1

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Van Niel, G., et al. Challenges and directions in studying cell-cell communication by extracellular vesicles. Nat Rev Mol Cell Biol. 23 (5), 369-382 (2022).
  2. Herrmann, I. K., Wood, M. J. A., Fuhrmann, G. Extracellular vesicles as a next-generat....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Surface Enhanced RamanRaman SpectroscopySmall Extracellular VesiclessEV IsolationMachine Learning ClassificationPlasmonic SubstrateGold Nanopyramid ArrayGraphene SubstrateDisease DiagnosisDoxorubicin Loading

Related Articles